Het kleinste deeltje in de chemie. Wat is het kleinste deeltje in het heelal?
Extra elementen 

Het kleinste deeltje in de chemie. Wat is het kleinste deeltje in het heelal?

Het kleinste deeltje suiker is een suikermolecuul. Hun structuur is zodanig dat suiker zoet smaakt. En de structuur van watermoleculen is zodanig dat zuiver water niet zoet lijkt.

4. Moleculen zijn opgebouwd uit atomen

En het waterstofmolecuul is het kleinste deeltje van een waterstofsubstantie. De kleinste deeltjes van atomen zijn elementaire deeltjes: elektronen, protonen en neutronen.

Alle bekende materie op aarde en daarbuiten bestaat uit chemische elementen. Het totale aantal natuurlijk voorkomende elementen is 94. Bij normale temperatuur zijn er 2 in vloeibare toestand, 11 in gasvormige toestand en 81 (inclusief 72 metalen) in vaste toestand. De zogenaamde "vierde toestand van materie" is plasma, een toestand waarin negatief geladen elektronen en positief geladen ionen constant in beweging zijn. De maallimiet is vast helium, dat, zoals het in 1964 werd vastgesteld, een monoatomisch poeder zou moeten zijn. TCDD, of 2, 3, 7, 8-tetrachloordibenzo-p-dioxine, ontdekt in 1872, is dodelijk bij een concentratie van 3,1 10–9 mol/kg, wat 150 duizend keer sterker is dan een vergelijkbare dosis cyanide.

Materie is opgebouwd uit losse deeltjes. moleculen verschillende stoffen verschillend. 2 zuurstofatomen. Dit zijn polymeermoleculen.

Zowat het complex: het mysterie van het kleinste deeltje in het heelal, of hoe een neutrino te vangen

Het standaardmodel van elementaire deeltjesfysica is een theorie die de eigenschappen en interacties van elementaire deeltjes beschrijft. Alle quarks hebben ook een elektrische lading die een veelvoud is van 1/3 van de elementaire lading. Hun antideeltjes zijn antileptonen (het antideeltje van het elektron wordt om historische redenen het positron genoemd). Hyperonen, zoals Λ-, Σ-, Ξ- en Ω-deeltjes, bevatten een of meer s-quarks, vervallen snel en zijn zwaarder dan nucleonen. Moleculen zijn de kleinste deeltjes van een stof die nog steeds zijn chemische eigenschappen behouden.

Welk (financieel) voordeel kan uit dit deeltje worden gehaald? Natuurkundigen halen hun schouders op. En ze weten het echt niet. Ooit behoorde de studie van halfgeleiderdiodes tot de puur fundamentele fysica, zonder enige praktische toepassing.

Het Higgs-deeltje is een deeltje dat zo belangrijk is voor de wetenschap dat het de bijnaam 'God-deeltje' heeft gekregen. Zij is het, zoals wetenschappers geloven, die massa geeft aan alle andere deeltjes. Deze deeltjes beginnen af ​​te breken zodra ze geboren zijn. Het maken van een deeltje vereist een enorme hoeveelheid energie, zoals die van de oerknal. Wat betreft de grotere omvang en het gewicht van de superpartners, geloven de wetenschappers dat de symmetrie is verbroken in een verborgen sector van het universum die niet kan worden gezien of gevonden. Licht bestaat bijvoorbeeld uit deeltjes met een massa nul, fotonen genaamd, die elektromagnetische kracht dragen. Evenzo zijn gravitonen de theoretische deeltjes die de zwaartekracht dragen. Wetenschappers proberen nog steeds gravitonen te vinden, maar het is erg moeilijk om dit te doen, omdat deze deeltjes zeer zwak interageren met materie.

Ongelooflijke feiten

Mensen hebben de neiging om aandacht te schenken aan grote objecten die onze aandacht meteen trekken.

Integendeel, kleine dingen kunnen onopgemerkt blijven, hoewel ze daardoor niet minder belangrijk zijn.

Sommige kunnen we met het blote oog zien, andere alleen met een microscoop, en er zijn er die alleen theoretisch kunnen worden voorgesteld.

Hier is een verzameling van de kleinste dingen ter wereld, variërend van klein speelgoed, miniatuurdieren en mensen tot een hypothetisch subatomair deeltje.


Het kleinste pistool ter wereld

De kleinste revolver ter wereld ZwitsersMiniGun lijkt niet groter dan een deursleutel. Maar schijn bedriegt en het pistool is slechts 5,5 cm lang en weegt iets minder dan 20 gram en kan schieten met een snelheid van 122 m per seconde. Dit is genoeg om van dichtbij te doden.

De kleinste bodybuilder ter wereld

Volgens het Guinness Book of Records Aditya "Romeo" Dev(Aditya "Romeo" Dev) uit India was de kleinste bodybuilder ter wereld. Met een lengte van slechts 84 cm en een gewicht van 9 kg kon hij 1,5 kg dumbbells optillen en besteedde hij veel tijd aan het perfectioneren van zijn lichaam. Helaas stierf hij in september 2012 als gevolg van een gescheurd hersenaneurysma.

De kleinste hagedis ter wereld

Kharaguaanse bol ( Sphaerodactylus ariasae) is het kleinste reptiel ter wereld. De lengte is slechts 16-18 mm en het gewicht is 0,2 gram. Het leeft in het Jaragua National Park in de Dominicaanse Republiek.

De kleinste auto ter wereld

De Peel 50 met een gewicht van 59 kg is de kleinste productieauto ter wereld. In het begin van de jaren zestig werden ongeveer 50 van deze auto's geproduceerd, en nu zijn er nog maar een paar modellen over. De auto heeft twee wielen voor en één achter en haalt een snelheid van 16 km per uur.

Het kleinste paard ter wereld

Het kleinste paard ter wereld genaamd Einstein werd geboren in 2010 in Barnstead, New Hampshire, VK. Bij de geboorte woog ze minder dan een pasgeboren baby (2,7 kg). Haar lengte was 35 cm.Einstein heeft geen last van dwerggroei, maar behoort tot het ras van de pinto paarden.

Het kleinste land ter wereld

Het Vaticaan is het kleinste land ter wereld. Dit is een kleine staat met een oppervlakte van slechts 0,44 vierkante meter. km en een bevolking van 836 mensen die geen permanente inwoners zijn. Een klein landje omringt de Sint-Pietersbasiliek - het spirituele centrum van de rooms-katholieken. Het Vaticaan zelf wordt omringd door Rome, Italië.

De kleinste school ter wereld

De Kalou School in Iran is door UNESCO erkend als de kleinste school ter wereld. In het dorp waar de school staat, wonen slechts 7 gezinnen, met vier kinderen: twee jongens en twee meisjes, die naar school gaan.

De kleinste waterkoker ter wereld

De kleinste theepot ter wereld is gemaakt door een beroemde keramiekmeester Wu Ruishen(Wu Ruishen) en weegt slechts 1,4 gram.

De kleinste mobiele telefoon ter wereld

De Modu-telefoon zou de kleinste zijn mobiele telefoon in de wereld volgens het Guinness Book of Records. Met een dikte van 76 millimeter weegt hij slechts 39 gram. De afmetingen zijn 72 mm x 37 mm x 7,8 mm. Ondanks zijn kleine formaat kun je bellen, sms'en, mp3's afspelen en foto's maken.

De kleinste gevangenis ter wereld

De Sark-gevangenis op de Kanaaleilanden werd gebouwd in 1856 en biedt plaats aan één cel voor twee gevangenen.

De kleinste aap ter wereld

Dwergzijdeaapjes, die in de tropische regenwouden van Zuid-Amerika leven, worden beschouwd als de kleinste apen ter wereld. Het gewicht van een volwassen aap is 110-140 gram en de lengte bereikt 15 cm.Hoewel ze vrij scherpe tanden en klauwen hebben, zijn ze relatief volgzaam en populair als exotische huisdieren.

Het kleinste postkantoor ter wereld

De kleinste postdienst WSPS (World's Smallest Postal Service) in San Francisco, VS zet uw brieven om in miniatuur, zodat de ontvanger ze met een vergrootglas moet lezen.

De kleinste kikker ter wereld

soort kikker Paedophryne amauensis met een lengte van 7,7 millimeter leeft hij alleen in Papoea-Nieuw-Guinea en is de kleinste kikker en kleinste gewervelde ter wereld.

Het kleinste huis ter wereld

Het kleinste huis ter wereld van een Amerikaans bedrijf Tumbleweed architect Jay Shafer is kleiner dan de toiletten van sommige mensen. Hoewel dit huis slechts 9 m² groot is. meter ziet er klein uit, er zit alles in wat je nodig hebt: een werkplek, een slaapkamer, een badkamer met douche en toilet.

De kleinste hond ter wereld

Qua lengte is de kleinste hond ter wereld volgens het Guinness Book of Records een hond. Boe boe- Chihuahua met een hoogte van 10,16 cm en een gewicht van 900 gram. Ze woont in Kentucky, VS.

Bovendien claimt de titel van de kleinste hond ter wereld Macy- een terriër uit Polen is slechts 7 cm hoog en 12 cm lang.

Het kleinste park ter wereld

Mill Ends Park in de stad Portland, Oregon, VS - dit is het kleinste park ter wereld met een diameter van slechts 60 cm Op een kleine cirkel op de kruising van wegen bevindt zich een vlinderbad, een klein reuzenrad en miniatuurbeelden.

De kleinste vis ter wereld

soorten vis Paedocypris progenetica uit de karperfamilie, gevonden in veenmoerassen, wordt slechts 7,9 millimeter lang.

De kleinste persoon ter wereld

72-jarige Nepalezen Chandra Bahadur Dangi(Chandra Bahadur Dangi), met een hoogte van 54,6 cm, werd erkend als de kortste man en man ter wereld.

De kleinste vrouw ter wereld

De kortste vrouw ter wereld is Yoti Amge(Jyoti Amge) uit India. Op haar 18e verjaardag werd het meisje, met een lengte van 62,8 cm, de kleinste vrouw ter wereld.

Het kleinste politiebureau

Deze kleine telefooncel in Carabella, Florida, VS wordt beschouwd als het kleinste werkende politiebureau.

De kleinste baby ter wereld

In 2004 Rumaisa Rahman(Rumaisa Rahman) werd het kleinste pasgeboren kind. Ze werd geboren met 25 weken en woog slechts 244 gram, en haar lengte was 24 cm. Haar tweelingzus Hiba woog bijna twee keer zoveel - 566 gram met een lengte van 30 cm. Hun moeder leed aan een ernstige vorm van pre-eclampsie, wat kan leiden tot het krijgen van kleinere kinderen.

De kleinste sculpturen ter wereld

Britse beeldhouwer Ullard Wigan(Willard Wigan), die aan dyslexie leed, excelleerde academisch niet en vond troost in het maken van miniatuurkunstwerken die niet zichtbaar zijn voor het blote oog. Zijn sculpturen worden in het oog van een naald geplaatst en bereiken een grootte van 0,05 mm. Zijn recente werk, dat alleen "het achtste wereldwonder" wordt genoemd, is niet groter dan een menselijke bloedcel.

De kleinste teddybeer ter wereld

Teddy Bear Mini Pooh gemaakt door een Duitse beeldhouwer Bettina Kaminsky(Bettina Kaminski) is de kleinste handgenaaide teddybeer met beweegbare poten, van slechts 5 mm.

De kleinste bacterie

Het kleinste virus

Hoewel er onder wetenschappers nog steeds discussie is over wat als "levend" wordt beschouwd en wat niet, classificeren de meeste biologen virussen niet als een levend organisme, omdat ze zich niet kunnen voortplanten en niet in staat zijn buiten de cel om te wisselen. Een virus kan echter kleiner zijn dan elk levend organisme, inclusief bacteriën. Het kleinste enkelstrengs DNA-virus is het varkenschirocovirus ( Varkens circovirus). De diameter van de schaal is slechts 17 nanometer.

De kleinste objecten die met het blote oog zichtbaar zijn

De grootte van het kleinste object dat met het blote oog zichtbaar is, is 1 millimeter. Dit betekent dat bij noodzakelijke voorwaarden je kunt de gewone amoebe, de schoenciliaat en zelfs het menselijke ei zien.

Het kleinste deeltje in het heelal

In de afgelopen eeuw heeft de wetenschap een enorme stap gezet in het begrijpen van de uitgestrektheid van het universum en zijn microscopisch kleine bouwmaterialen. Als het echter gaat om het kleinste waarneembare deeltje in het universum, zijn er enkele problemen.

Ooit werd het atoom als het kleinste deeltje beschouwd. Toen ontdekten wetenschappers het proton, het neutron en het elektron. Nu weten we dat door deeltjes tegen elkaar te duwen (zoals in de Large Hadron Collider bijvoorbeeld), ze kunnen worden opgebroken in nog meer deeltjes, zoals quarks, leptonen en zelfs antimaterie. Het probleem zit hem alleen in het bepalen wat minder is.

Maar op kwantumniveau wordt grootte irrelevant, omdat de wetten van de fysica die we gewend zijn niet van toepassing zijn. Dus sommige deeltjes hebben geen massa, andere hebben een negatieve massa. De oplossing voor deze vraag is hetzelfde als delen door nul, dat wil zeggen onmogelijk.

Het kleinste hypothetische object in het universum

Gezien wat hierboven werd gezegd dat het concept van grootte niet van toepassing is op kwantumniveau, kunnen we ons wenden tot de bekende snaartheorie in de natuurkunde.

Hoewel dit een nogal controversiële theorie is, suggereert het dat subatomaire deeltjes zijn samengesteld uit: trillende snaren, die op elkaar inwerken om dingen als massa en energie te creëren. En hoewel zulke snaren geen fysieke parameters hebben, leidt de menselijke neiging om alles te rechtvaardigen ons tot de conclusie dat dit de kleinste objecten in het heelal zijn.

Het antwoord op de oneindige vraag: welke is met de mensheid mee geëvolueerd.

Ooit dachten mensen dat zandkorrels de bouwstenen waren van wat we om ons heen zien. Toen werd het atoom ontdekt en het werd als ondeelbaar beschouwd totdat het werd gesplitst om de protonen, neutronen en elektronen binnenin te onthullen. Het bleken ook niet de kleinste deeltjes in het heelal te zijn, want wetenschappers ontdekten dat protonen en neutronen elk uit drie quarks bestaan.

Tot nu toe hebben wetenschappers geen enkel bewijs kunnen zien dat er iets in quarks zit en dat de meest fundamentele laag materie of het kleinste deeltje in het universum is bereikt.

En zelfs als quarks en elektronen ondeelbaar zijn, weten wetenschappers niet of ze de kleinste stukjes materie zijn die er zijn of dat het universum objecten bevat die nog kleiner zijn.

De kleinste deeltjes in het heelal

Ze zijn er in verschillende smaken en maten, sommige hebben een geweldige binding, andere verdampen elkaar in wezen, velen van hen hebben fantastische namen: baryonen en mesonen, quarks, neutronen en protonen, nucleonen, hyperonen, mesonen, baryonen, nucleonen, fotonen, enz. .d.

Het Higgs-deeltje is een deeltje dat zo belangrijk is voor de wetenschap dat het het "God-deeltje" wordt genoemd. Er wordt aangenomen dat het de massa van alle anderen bepaalt. Het element werd voor het eerst getheoretiseerd in 1964 toen wetenschappers zich afvroegen waarom sommige deeltjes massiever zijn dan andere.

Het Higgs-deeltje wordt geassocieerd met het zogenaamde Higgs-veld waarvan wordt aangenomen dat het het universum vult. Twee elementen (het Higgs-veldkwantum en het Higgs-deeltje) zijn verantwoordelijk voor het geven van massa aan anderen. Vernoemd naar de Schotse wetenschapper Peter Higgs. Op 14 maart 2013 werd officieel de bevestiging van het bestaan ​​van het Higgsdeeltje bekendgemaakt.

Veel wetenschappers beweren dat het Higgs-mechanisme het ontbrekende stukje van de puzzel heeft opgelost om het bestaande "standaardmodel" van de fysica dat bekende deeltjes beschrijft te voltooien.

Het Higgs-deeltje bepaalde fundamenteel de massa van alles wat in het universum bestaat.

Quarks (vertaald als gek) zijn de bouwstenen van protonen en neutronen. Ze zijn nooit alleen, ze bestaan ​​alleen in groepen. Blijkbaar neemt de kracht die quarks samenbindt toe met de afstand, dus hoe verder weg, hoe moeilijker het zal zijn om ze te scheiden. Daarom bestaan ​​vrije quarks nooit in de natuur.

Quarks fundamentele deeltjes zijn structuurloos, gestippeld ongeveer 10-16 cm groot .

Protonen en neutronen bestaan ​​bijvoorbeeld uit drie quarks, waarbij protonen twee identieke quarks hebben, terwijl neutronen twee verschillende hebben.

Supersymmetrie

Het is bekend dat de fundamentele 'stenen' van materie - fermionen - quarks en leptonen zijn, en dat de hoeders van de kracht van bosonen fotonen zijn, gluonen. De theorie van supersymmetrie zegt dat fermionen en bosonen in elkaar kunnen veranderen.

De voorspellende theorie zegt dat voor elk deeltje dat ons bekend is, er een zusterdeeltje is dat we nog niet hebben ontdekt. Voor een elektron is het bijvoorbeeld een selekron, een quark is een squark, een foton is een fotino, een higgs is een higgsino.

Waarom observeren we deze supersymmetrie niet nu in het heelal? Wetenschappers geloven dat ze veel zwaarder zijn dan hun conventionele neven, en hoe zwaarder ze zijn, hoe korter hun levensduur. In feite beginnen ze af te breken zodra ze zich voordoen. Het creëren van supersymmetrie vereist nogal wat energie, die pas kort na de oerknal bestond en mogelijk zou kunnen ontstaan ​​in grote versnellers zoals de Large Hadron Collider.

Over de reden waarom de symmetrie ontstond, speculeren natuurkundigen dat de symmetrie mogelijk is verbroken in een verborgen sector van het universum die we niet kunnen zien of aanraken, maar alleen door zwaartekracht kunnen voelen.

Neutrino

Neutrino's zijn lichte subatomaire deeltjes die overal fluiten met de snelheid van het licht. In feite stromen er op elk moment biljoenen neutrino's door je lichaam, hoewel ze zelden in wisselwerking staan ​​met normale materie.

Sommige komen van de zon, andere komen van kosmische stralen interactie met de atmosfeer van de aarde en astronomische bronnen zoals exploderende sterren in de Melkweg en andere verre sterrenstelsels.

antimaterie

Er wordt aangenomen dat alle normale deeltjes antimaterie hebben met dezelfde massa maar tegengestelde lading. Wanneer materie en elkaar ontmoeten, vernietigen ze elkaar. Het antimateriedeeltje van een proton is bijvoorbeeld een antiproton, terwijl de antimateriepartner van een elektron een positron wordt genoemd. Antimaterie verwijst naar die mensen hebben kunnen identificeren.

gravitonen

Op het gebied van de kwantummechanica worden alle fundamentele krachten door deeltjes overgedragen. Licht bestaat bijvoorbeeld uit massaloze deeltjes, fotonen genaamd, die elektromagnetische kracht dragen. Evenzo is het graviton een theoretisch deeltje dat de zwaartekracht draagt. Wetenschappers moeten nog gravitonen ontdekken, die moeilijk te vinden zijn omdat ze zo zwak met materie omgaan.

Draden van energie

In experimenten fungeren kleine deeltjes zoals quarks en elektronen als afzonderlijke punten van materie zonder ruimtelijke verdeling. Maar puntobjecten bemoeilijken de wetten van de fysica. Omdat het onmogelijk is om oneindig dicht bij het punt te naderen, omdat de werkende krachten oneindig groot kunnen worden.

Een idee genaamd supersnaartheorie kan dit probleem oplossen. De theorie stelt dat alle deeltjes, in plaats van puntvormig te zijn, eigenlijk kleine filamenten van energie zijn. Dat wil zeggen, alle objecten van onze wereld bestaan ​​uit trillende draden en membranen van energie.
Niets kan oneindig dicht bij de draad zijn, omdat het ene deel altijd iets dichterbij zal zijn dan het andere. Deze "maas in de wet" lijkt enkele van de problemen van oneindigheid op te lossen, waardoor het idee aantrekkelijk wordt voor natuurkundigen. Wetenschappers hebben echter nog steeds geen experimenteel bewijs dat de snaartheorie correct is.

Een andere manier om het puntprobleem aan te pakken, is door te zeggen dat de ruimte zelf niet continu en vloeiend is, maar in feite bestaat uit discrete pixels of korrels, ook wel de spatiotemporele structuur genoemd. In dit geval kunnen twee deeltjes elkaar niet oneindig naderen, omdat ze altijd gescheiden moeten zijn door de minimale korrelgrootte van de ruimte.

zwart gat punt

Een andere kanshebber voor de titel van het kleinste deeltje in het heelal is een singulariteit (een enkel punt) in het centrum van een zwart gat. Zwarte gaten ontstaan ​​wanneer materie condenseert in een ruimte die zo klein is dat de zwaartekracht erop grijpt, waardoor de materie naar binnen wordt getrokken en uiteindelijk condenseert tot een enkel punt van oneindige dichtheid. Althans volgens de huidige wetten van de fysica.

Maar de meeste experts beschouwen zwarte gaten niet als echt oneindig dicht. Ze geloven dat deze oneindigheid het resultaat is van een intern conflict tussen twee huidige theorieën - de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica. Ze suggereren dat wanneer de theorie van kwantumzwaartekracht kan worden geformuleerd, de ware aard van zwarte gaten zal worden onthuld.

Plank lengte

Draden van energie en zelfs het kleinste deeltje in het universum kunnen zo groot zijn als een "planklengte".

De lengte van de balk is 1,6 x 10-35 meter (het getal 16 voorafgegaan door 34 nullen en een komma) - een onbegrijpelijk kleine schaal die wordt geassocieerd met verschillende aspecten van de natuurkunde.

De Planck-lengte is de "natuurlijke eenheid" voor het meten van lengte, die werd voorgesteld door de Duitse natuurkundige Max Planck.

De Planck-lengte is te klein om te meten door welk instrument dan ook, maar verder wordt aangenomen dat het de theoretische limiet vertegenwoordigt van de kortst meetbare lengte. Volgens het onzekerheidsprincipe zou geen enkel instrument ooit iets minder dan dit moeten kunnen meten, omdat het universum in dit bereik probabilistisch en onzeker is.

Deze schaal wordt ook beschouwd als de scheidslijn tussen de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica.

De Planck-lengte komt overeen met de afstand waar het zwaartekrachtsveld zo sterk is dat het zwarte gaten kan gaan maken uit de energie van het veld.

Blijkbaar heeft het kleinste deeltje in het universum nu ongeveer de grootte van een planklengte: 1,6 10 −35 meter

Van de schoolbank was bekend dat het kleinste deeltje in het heelal, het elektron, een negatieve lading heeft en een zeer kleine massa gelijk aan 9,109 x 10 - 31 kg, en de klassieke straal van het elektron is 2,82 x 10 -15 m .

Natuurkundigen werken echter al met de kleinste deeltjes in het heelal, de Planck-grootte, die ongeveer 1,6 x 10 −35 meter is.


Wat weten we over deeltjes kleiner dan een atoom? En wat is het kleinste deeltje in het heelal?

De wereld om ons heen... Wie van ons heeft zijn betoverende schoonheid niet bewonderd? De bodemloze nachtelijke hemel, bezaaid met miljarden fonkelende mysterieuze sterren en de warmte van het zachte zonlicht. Smaragdgroene velden en bossen, stormachtige rivieren en grenzeloze zeevlakten. Fonkelende toppen van majestueuze bergen en weelderige alpenweiden. Ochtenddauw en nachtegaaltriller bij dageraad. Een geurige roos en een zacht geruis van een beek. Een brandende zonsondergang en het zachte geritsel van een berkenbos...

Is er iets mooiers te bedenken dan de wereld om ons heen?! Krachtiger en indrukwekkender? En tegelijkertijd kwetsbaarder en teder? Dit alles is de wereld waar we ademen, liefhebben, verheugen, verheugen, lijden en rouwen... Dit alles is onze wereld. De wereld waarin we leven, die we voelen, die we zien en die we op de een of andere manier begrijpen.

Het is echter veel diverser en complexer dan het op het eerste gezicht lijkt. We weten dat weelderige weiden er niet zouden zijn geweest zonder de fantastische oproer van een eindeloze dans van flexibele groene grassprieten, weelderige bomen gekleed in smaragdgroene gewaden - zonder veel bladeren aan hun takken en gouden stranden - zonder talloze sprankelende zandkorrels kraken onder blote voeten in de stralen van de zachte zomerzon. Het grote bestaat altijd uit het kleine. Klein - van nog kleiner. En deze reeks heeft waarschijnlijk geen limiet.

Daarom bestaan ​​grassprieten en zandkorrels op hun beurt uit moleculen die zijn gevormd uit atomen. Zoals u weet, zijn atomen samengesteld uit elementaire deeltjes - elektronen, protonen en neutronen. Maar zij, zoals men gelooft, zijn niet de uiteindelijke autoriteit. De moderne wetenschap beweert dat protonen en neutronen bijvoorbeeld bestaan ​​uit hypothetische energieclusters - quarks. Er wordt gespeculeerd dat er meer zijn fijn deeltje- preon, nog steeds onzichtbaar, onbekend, maar verondersteld.

De wereld van moleculen, atomen, elektronen, protonen, neutronen, fotonen, enz. genaamd microwereld. Hij is de basis macrokosmos- de wereld van de mens en de daarmee samenhangende grootheden op onze planeet en mega wereld- de wereld van sterren, sterrenstelsels, het heelal en de kosmos. Al deze werelden zijn met elkaar verbonden en bestaan ​​niet zonder elkaar.

We hebben de megawereld al ontmoet in het verslag van onze eerste expeditie. "Adem van het Universum. Reis eerst" en we hebben al een idee over verre sterrenstelsels en het heelal. Op die gevaarlijke reis hebben we de wereld van donkere materie en donkere energie ontdekt, de diepten van zwarte gaten verkend, de toppen van glinsterende quasars bereikt en op wonderbaarlijke wijze de oerknal en niet minder grote crunch vermeden. Het universum verscheen voor ons in al zijn schoonheid en grootsheid. Tijdens onze reis realiseerden we ons dat sterren en sterrenstelsels niet vanzelf verschenen, maar nauwgezet, gedurende miljarden jaren, werden gevormd uit deeltjes en atomen.

Het zijn deeltjes en atomen die de hele wereld om ons heen vormen. Zij zijn het, in hun talloze en diverse combinaties, die voor ons kunnen verschijnen, hetzij in de vorm van een prachtige Hollandse roos, hetzij in de vorm van een ernstige hoop Tibetaanse rotsen. Alles wat we zien bestaat uit deze mysterieuze vertegenwoordigers van het mysterieuze microwereld. Waarom "mysterieus" en waarom "mysterieus"? Omdat de mensheid helaas nog steeds heel weinig weet over deze wereld en over haar vertegenwoordigers.

Het is onmogelijk om de moderne wetenschap van de microkosmos voor te stellen zonder het elektron, proton of neutron te noemen. In elk referentiemateriaal over natuurkunde of scheikunde vinden we hun massa tot op de negende decimaal, hun elektrische lading, levensduur, enzovoort. Volgens deze naslagwerken heeft een elektron bijvoorbeeld een massa van 9,10938291 (40) x 10-31 kg, een elektrische lading - minus 1,602176565 (35) x 10 -19 C, een levensduur - oneindig of minimaal 4,6 x 10 26 jaar oud (Wikipedia).

De nauwkeurigheid van het bepalen van de parameters van het elektron is indrukwekkend, en trots op de wetenschappelijke prestaties van de beschaving vervult ons hart! Toegegeven, tegelijkertijd sluipen er twijfels naar binnen, die met alle verlangen niet volledig kunnen worden verdreven. Het bepalen van de massa van een elektron gelijk aan één miljard - miljard - miljardste van een kilogram, en zelfs tot op de negende decimaal wegen, is, geloof ik, geen gemakkelijke taak, net als het meten van de levensduur van een elektron op 4.600.000.000.000.000.000.000.000 jaar .

Bovendien heeft niemand dit elektron ooit gezien. De modernste microscopen maken het mogelijk om alleen een elektronenwolk rond de kern van een atoom te zien, waarbinnen, zoals wetenschappers denken, een elektron met grote snelheid beweegt (Fig. 1). We weten nog niet zeker de grootte van het elektron, noch zijn vorm, noch de snelheid van zijn rotatie. In werkelijkheid weten we heel weinig over het elektron, evenals over het proton en het neutron. We kunnen alleen speculeren en gissen. Helaas voor vandaag het terwijl al onze mogelijkheden.

Rijst. 1. Foto van elektronenwolken, gemaakt door natuurkundigen van het Kharkov Institute of Physics and Technology in september 2009

Maar een elektron of een proton zijn de kleinste elementaire deeltjes waaruit een atoom van een stof bestaat. En als onze technische middelen om de microwereld te bestuderen ons nog niet toelaten om deeltjes en atomen te zien, kunnen we misschien met iets beginnen wat betreft steeds bekender? Bijvoorbeeld van een molecuul! Het is opgebouwd uit atomen. Een molecuul is een groter en begrijpelijker object, dat mogelijk dieper wordt bestudeerd.

Helaas moet ik je weer teleurstellen. Moleculen zijn voor ons alleen begrijpelijk op papier in de vorm van abstracte formules en tekeningen van hun veronderstelde structuur. We kunnen nog steeds geen duidelijk beeld krijgen van een molecuul met uitgesproken bindingen tussen atomen.

In augustus 2009 slaagden Europese onderzoekers er met behulp van de technologie van atoomkrachtmicroscopie voor het eerst in om een ​​beeld te krijgen van de structuur van een vrij groot molecuul pentaceen (C 22 H 14). De modernste technologie heeft het mogelijk gemaakt om slechts vijf ringen te zien die de structuur van deze koolwaterstof bepalen, evenals vlekken van individuele koolstof- en waterstofatomen (Fig. 2). En dat is alles wat we nu kunnen doen...

Rijst. 2. Structurele weergave van het pentaceenmolecuul (boven)

en haar foto (hieronder)

Aan de ene kant stellen de verkregen foto's ons in staat om te beweren dat het pad dat chemici hebben gekozen, en die de samenstelling en structuur van moleculen beschrijven, niet langer twijfelachtig is, maar aan de andere kant kunnen we alleen maar raden dat

Hoe komt immers de combinatie van atomen in een molecuul voor, en elementaire deeltjes - in een atoom? Waarom zijn deze atomaire en moleculaire bindingen stabiel? Hoe worden ze gevormd, welke krachten ondersteunen ze? Hoe ziet een elektron, proton of neutron eruit? Wat is hun structuur? Wat is een atoomkern? Hoe bestaan ​​proton en neutron naast elkaar in dezelfde ruimte en waarom stoten ze er een elektron uit?

Er zijn veel van dit soort vragen. Antwoorden ook. Het is waar dat veel antwoorden alleen gebaseerd zijn op veronderstellingen die aanleiding geven tot nieuwe vragen.

Mijn allereerste pogingen om door te dringen in de mysteries van de microwereld stuitten op een nogal oppervlakkige presentatie door de moderne wetenschap van veel fundamentele kennis over de structuur van microwereldobjecten, over de principes van hun functioneren, over de systemen van hun onderlinge verbindingen en relaties. Het bleek dat de mensheid nog steeds niet goed begrijpt hoe de kern van een atoom en zijn samenstellende deeltjes - elektronen, protonen en neutronen - zijn gerangschikt. We hebben alleen algemene ideeën over wat er werkelijk gebeurt tijdens het proces van splijting van de atoomkern, welke gebeurtenissen zich kunnen voordoen tijdens het lange verloop van dit proces.

Studie van kernreacties beperkte zich tot het observeren van de processen en het vaststellen van bepaalde, experimenteel afgeleide, oorzaak-en-gevolgrelaties. Onderzoekers hebben geleerd om alleen te bepalen gedrag bepaalde deeltjes onder een of andere impact. Dat is alles! Zonder hun structuur te begrijpen, zonder de mechanismen van interactie te onthullen! Alleen gedrag! Op basis van dit gedrag werden de afhankelijkheden van bepaalde parameters bepaald en, voor een groter belang, werden deze experimentele gegevens gehuld in wiskundige formules op meerdere niveaus. Dat is de hele theorie!

Helaas was dit genoeg om moedig aan de slag te gaan met het bouwen van kerncentrales, verschillende versnellers, versnellers en het maken van atoombommen. Na primaire kennis over nucleaire processen te hebben ontvangen, deed de mensheid onmiddellijk mee aan een ongekende race om het bezit van krachtige energie die eraan onderworpen was.

Met grote sprongen is het aantal landen met nucleaire capaciteiten in dienst gegroeid. Nucleaire raketten in grote aantallen keken dreigend naar onvriendelijke buren. Kerncentrales begonnen te verschijnen, die voortdurend goedkope opwekten elektrische energie. Enorme fondsen werden besteed aan de nucleaire ontwikkeling van steeds meer nieuwe ontwerpen. De wetenschap probeerde in de atoomkern te kijken en bouwde intensief supermoderne deeltjesversnellers op.

De materie bereikte echter niet de structuur van het atoom en zijn kern. De fascinatie voor het zoeken naar steeds meer nieuwe deeltjes en het nastreven van Nobel-regalia verdreef een diepgaande studie van de structuur van de atoomkern en de samenstellende deeltjes naar de achtergrond.

Maar oppervlakkige kennis over nucleaire processen kwam direct negatief naar voren tijdens de werking van kernreactoren en leidde in een aantal situaties tot het ontstaan ​​van spontane nucleaire kettingreacties.

Deze lijst geeft data en locaties voor het optreden van spontane kernreacties:

21-08-1945. VS, Los Alamos Nationaal Laboratorium.

21 mei 1946. VS, Los Alamos Nationaal Laboratorium.

15-03-1953. USSR, Chelyabinsk-65, Mayak Production Association.

21-04-1953. USSR, Chelyabinsk-65, Mayak Production Association.

16-06-1958. VS, Oak Ridge, Y-12 radiochemische fabriek.

15-10-1958. Joegoslavië, B. Kidrich Instituut.

30 december 1958 VS, Los Alamos Nationaal Laboratorium.

01/03/1963. USSR, Tomsk-7, Siberian Chemical Combine.

23-07-1964. VS, Woodryver, radiochemische fabriek.

30 december 1965 België, Mol.

03/05/1968. USSR, Chelyabinsk-70, VNIITF.

10 december 1968 USSR, Chelyabinsk-65, Mayak Production Association.

26 mei 1971 USSR, Moskou, Instituut voor Atoomenergie.

13 december 1978. USSR, Tomsk-7, Siberian Chemical Combine.

23-09-1983. Argentinië, Reactor RA-2.

15 mei 1997 Rusland, Novosibirsk, fabriek van chemische concentraten.

17-06-1997. Rusland, Sarov, VNIIEF.

30/09/1999 Japan, Tokaimura, Fabriek voor de productie van nucleaire brandstof.

Aan deze lijst moeten nog talrijke ongevallen worden toegevoegd met lucht- en onderwaterschepen van kernwapens, incidenten bij bedrijven met een splijtstofcyclus, noodsituaties bij kerncentrales, noodsituaties tijdens het testen van nucleaire en thermonucleaire bommen. De tragedie van Tsjernobyl en Fukushima zal voor altijd in onze herinnering blijven. Achter deze rampen en noodsituaties, duizenden dode mensen. En het zet je heel serieus aan het denken.

Alleen al de gedachte aan werkende kerncentrales die de hele wereld in een oogwenk kunnen veranderen in een continu radioactieve zone, is beangstigend. Helaas zijn deze zorgen gegrond. Allereerst het feit dat de makers van kernreactoren in hun werk gebruikte geen fundamentele kennis, maar een verklaring van bepaalde wiskundige afhankelijkheden en gedrag van deeltjes, op basis waarvan een gevaarlijke nucleaire structuur werd gebouwd. Voor wetenschappers zijn kernreacties tot nu toe een soort "zwarte doos" die werkt, afhankelijk van de vervulling van bepaalde acties en vereisten.

Als er echter iets begint te gebeuren in deze "box" en dit "iets" wordt niet beschreven door de instructies en gaat verder dan de opgedane kennis, dan kunnen we, afgezien van onze eigen heldhaftigheid en niet-intellectuele arbeid, ons nergens tegen verzetten naar het nucleaire element dat is uitgebroken. Massa's mensen worden gedwongen om gewoon nederig te wachten op het dreigende gevaar, zich voor te bereiden op vreselijke en onbegrijpelijke gevolgen, en naar een veilige, naar hun mening, afstand te verhuizen. Kernspecialisten halen in de meeste gevallen gewoon hun schouders op, biddend en wachtend op hulp van hogere machten.

Japanse nucleaire wetenschappers, gewapend met de meeste moderne technologie, kan de lang niet-bekrachtigde kerncentrale in Fukushima nog steeds niet beteugelen. Ze kunnen alleen stellen dat op 18 oktober 2013 het stralingsniveau in grondwater meer dan 2500 keer de norm overschreden. Een dag later is het gehalte aan radioactieve stoffen in het water bijna 12.000 keer zo groot geworden! Waarom?! Japanse specialisten kunnen deze vraag nog niet beantwoorden of deze processen stoppen.

Het risico van het maken van een atoombom was op de een of andere manier gerechtvaardigd. De gespannen militair-politieke situatie op de planeet vereiste ongekende maatregelen van verdediging en aanval van de tegengestelde landen. Atomaire onderzoekers onderwierpen zich aan de situatie en namen risico's, zonder zich te verdiepen in de subtiliteiten van de structuur en het functioneren van elementaire deeltjes en atoomkernen.

In vredestijd moest echter worden begonnen met de bouw van kerncentrales en alle soorten versnellers alleen op voorwaarde, wat de wetenschap heeft de structuur van de atoomkern, en het elektron, en het neutron, en het proton, en hun relaties volledig doorgrond. Bovendien moeten kernreacties in kerncentrales streng worden gecontroleerd. Maar u kunt alleen echt en effectief beheren wat u grondig weet. Zeker als het gaat om de meest krachtige vorm van energie van vandaag, die helemaal niet gemakkelijk te beteugelen is. Dit gebeurt natuurlijk niet. Niet alleen tijdens de bouw van kerncentrales.

Momenteel zijn er 6 verschillende versnellers in Rusland, China, de VS en Europa - krachtige versnellers van tegemoetkomende deeltjesstromen, die ze tot grote snelheid versnellen, waardoor de deeltjes een hoge kinetische energie krijgen, om ze vervolgens in elkaar te duwen. Het doel van de botsing is om de producten van deeltjesbotsingen te bestuderen in de hoop dat het tijdens hun verval mogelijk zal zijn om iets nieuws en nog onbekends te zien.

Het is duidelijk dat onderzoekers zeer geïnteresseerd zijn om te zien wat dit allemaal gaat opleveren. De snelheid van deeltjesbotsingen en de financiering van wetenschappelijk onderzoek nemen toe, maar de kennis over de structuur van wat botst, is al vele, vele jaren hetzelfde. Er zijn nog geen onderbouwde voorspellingen over de resultaten van de geplande onderzoeken, en die kunnen er ook niet komen. Niet toevallig. We zijn ons er terdege van bewust dat het alleen mogelijk is om wetenschappelijk te voorspellen op voorwaarde van nauwkeurige en geverifieerde kennis van ten minste de details van het voorspelde proces. Dergelijke kennis over elementaire deeltjes moderne wetenschap nog niet. In dit geval kan worden aangenomen dat het hoofdprincipe: bestaande methoden onderzoek wordt het standpunt: "Laten we proberen het te doen - laten we zien wat er gebeurt." Helaas.

Daarom is het heel natuurlijk dat er tegenwoordig steeds vaker wordt gesproken over het gevaar van lopende experimenten. Het gaat niet eens over de mogelijkheid dat tijdens experimenten microscopisch kleine zwarte gaten verschijnen die, groeiend, onze planeet kunnen verslinden. Ik geloof niet echt in een dergelijke mogelijkheid, althans niet op het huidige niveau en stadium van mijn intellectuele ontwikkeling.

Maar er is een ernstiger en reëler gevaar. Bij de Large Hadron Collider botsen bijvoorbeeld stromen van protonen of loodionen in verschillende configuraties. Het lijkt erop, wat voor soort dreiging kan komen van een microscopisch deeltje, en zelfs ondergronds, in een tunnel, ingekapseld in krachtige metaal- en betonbescherming? Een deeltje met een gewicht van 1.672 621 777 (74) x 10-27 kg en een solide multi-ton tunnel van meer dan 26 kilometer in de dikte van zware grond zijn duidelijk onvergelijkbare categorieën.

De dreiging bestaat echter. Bij het uitvoeren van experimenten is het vrij waarschijnlijk dat er een ongecontroleerde afgifte van een enorme hoeveelheid energie zal zijn, die niet alleen zal verschijnen als gevolg van een breuk in intranucleaire krachten, maar ook als gevolg van de energie die zich in protonen of lood bevindt ionen. Een nucleaire explosie van een moderne ballistische raket, gebaseerd op het vrijkomen van de intranucleaire energie van een atoom, zal niet verschrikkelijker lijken dan een nieuwjaarskraker vergeleken met de krachtigste energie die vrij kan komen tijdens de vernietiging van elementaire deeltjes. We kunnen ineens de fabelachtige geest uit de fles laten. Maar niet die welwillende goedaardige en manusje-van-alles die alleen maar gehoorzaamt en gehoorzaamt, maar een oncontroleerbaar, almachtig en meedogenloos monster dat geen genade en genade kent. En het zal niet fantastisch zijn, maar heel echt.

Maar het ergste is dat, net als bij een atoombom, een botser kan starten kettingreactie, waardoor steeds meer porties energie vrijkomen en alle andere elementaire deeltjes worden vernietigd. Tegelijkertijd maakt het helemaal niet uit waaruit ze zullen bestaan ​​- metalen constructies tunnel, betonnen muren of rotsen. Overal zal energie vrijkomen en alles verscheuren wat niet alleen met onze beschaving, maar met de hele planeet is verbonden. In een oogwenk kunnen alleen erbarmelijke vormeloze flarden overblijven van onze zoete blauwe schoonheid, vliegend over de grote en uitgestrekte vlakten van het heelal.

Dit is natuurlijk een verschrikkelijk, maar heel reëel scenario, en veel Europeanen begrijpen dit tegenwoordig heel goed en verzetten zich actief tegen gevaarlijke, onvoorspelbare experimenten, die de veiligheid van de planeet en de beschaving eisen. Elke keer worden deze toespraken meer en meer georganiseerd en vergroten ze de interne bezorgdheid over de huidige situatie.

Ik ben niet tegen experimenten, want ik begrijp heel goed dat de weg naar nieuwe kennis altijd netelig en moeilijk is. Zonder experimenteren is het bijna onmogelijk om het te overwinnen. Ik ben er echter diep van overtuigd dat elk experiment alleen mag worden uitgevoerd als het veilig is voor mens en omgeving. Tegenwoordig hebben we zo'n beveiliging niet. Nee, want er is geen kennis over die deeltjes waarmee we vandaag al experimenteren.

De situatie bleek veel zorgwekkender dan ik me vooraf had voorgesteld. Ernstig bezorgd stortte ik me halsoverkop in de wereld van kennis over de microwereld. Ik moet bekennen dat dit me niet veel plezier deed, omdat het in de ontwikkelde theorieën van de microwereld moeilijk was om een ​​duidelijk verband te leggen tussen natuurlijke fenomenen en de conclusies waarop sommige wetenschappers zich baseerden, gebruikmakend van de theoretische posities van de kwantumfysica, de kwantummechanica en de theorie van elementaire deeltjes als onderzoeksapparaat.

Stel je mijn verbazing voor toen ik plotseling ontdekte dat kennis over de microkosmos meer gebaseerd is op aannames die geen duidelijke logische rechtvaardiging hebben. Met verzadigde wiskundige modellen met bepaalde conventies in de vorm van de constante van Planck met een constante van meer dan dertig nullen achter de komma, verschillende verboden en postulaten, beschrijven theoretici echter voldoende gedetailleerd en nauwkeurig a of praktische situaties die antwoord geven op de vraag: "Wat gebeurt er als ...?". De hoofdvraag: "Waarom gebeurt dit?" bleef helaas onbeantwoord.

Het leek me dat het kennen van het grenzeloze heelal en zijn zo verre melkwegstelsels, verspreid over een fantastisch grote afstand, veel moeilijker is dan het pad van kennis te vinden naar wat in feite 'onder onze voeten ligt'. Op basis van mijn middelbare en hogere opleiding geloofde ik oprecht dat onze beschaving niet langer vragen heeft over de structuur van het atoom en zijn kern, of over elementaire deeltjes en hun structuur, of over de krachten die het elektron in een baan om de aarde houden en behoud een stabiele verbinding van protonen en neutronen in de kern van een atoom.

Tot dat moment had ik de basis van de kwantumfysica niet hoeven bestuderen, maar ik had er vertrouwen in en ging er naïef van uit dat deze nieuwe fysica ons echt uit de duisternis van het onbegrip van de microwereld zal leiden.

Maar tot mijn grote ergernis vergiste ik me. De moderne kwantumfysica, de fysica van de atoomkern en elementaire deeltjes, en inderdaad de hele fysica van de microkosmos zijn naar mijn mening niet alleen in een deplorabele staat. Ze zitten lange tijd vast in een intellectuele impasse, waardoor ze zich niet kunnen ontwikkelen en verbeteren, langs het pad van kennis van het atoom en elementaire deeltjes.

Onderzoekers van de microkosmos, strikt beperkt door de gevestigde standvastigheid van de meningen van de grote theoretici van de 19e en 20e eeuw, hebben het meer dan honderd jaar niet aangedurfd om terug te keren naar hun wortels en opnieuw te beginnen aan het moeilijke pad van onderzoek naar de diepten van onze omringende wereld. Mijn kritische kijk op de huidige situatie rond de studie van de microwereld is lang niet de enige. Veel vooruitstrevende onderzoekers en theoretici hebben herhaaldelijk hun standpunt geuit over de problemen die zich voordoen bij het begrijpen van de grondslagen van de theorie van de atoomkern en elementaire deeltjes, kwantumfysica en kwantummechanica.

Een analyse van de moderne theoretische kwantumfysica stelt ons in staat om een ​​vrij duidelijke conclusie te trekken dat de essentie van de theorie ligt in de wiskundige weergave van bepaalde gemiddelde waarden van deeltjes en atomen, gebaseerd op de indicatoren van sommige mechanistische statistieken. Het belangrijkste in de theorie is niet de studie van elementaire deeltjes, hun structuur, hun verbindingen en interacties in de manifestatie van bepaalde natuurlijk fenomeen, maar vereenvoudigde probabilistische wiskundige modellen op basis van de tijdens de experimenten verkregen afhankelijkheden.

Helaas kwamen hier, evenals in de ontwikkeling van de relativiteitstheorie, de afgeleide wiskundige afhankelijkheden op de eerste plaats, die de aard van verschijnselen, hun onderlinge samenhang en oorzaken van optreden overschaduwden.

De studie van de structuur van elementaire deeltjes was beperkt tot de aanname van de aanwezigheid van drie hypothetische quarks in protonen en neutronen, waarvan de varianten, naarmate deze theoretische aanname zich ontwikkelde, veranderden van twee, toen drie, vier, zes, twaalf ... De wetenschap paste zich eenvoudig aan de resultaten van experimenten aan, gedwongen nieuwe elementen uit te vinden waarvan het bestaan ​​nog niet is bewezen. Hier kunnen we ook horen over preonen en gravitonen die nog niet zijn gevonden. Men kan er zeker van zijn dat het aantal hypothetische deeltjes zal blijven groeien, naarmate de wetenschap van de microwereld steeds dieper in een doodlopende straat terechtkomt.

Het gebrek aan begrip van de fysieke processen die plaatsvinden in elementaire deeltjes en kernen van atomen, het mechanisme van interactie van systemen en elementen van de microkosmos bracht hypothetische elementen - dragers van interactie - zoals ijk- en vectorbosonen, gluonen, virtuele fotonen, naar de arena van de moderne wetenschap. Zij waren het die bovenaan de lijst stonden van entiteiten die verantwoordelijk zijn voor de interactieprocessen van sommige deeltjes met andere. En het maakt niet uit dat zelfs hun indirecte tekens niet zijn gevonden. Het is belangrijk dat ze op de een of andere manier verantwoordelijk kunnen worden gehouden voor het feit dat de kern van een atoom niet uit elkaar valt in zijn componenten, dat de maan niet naar de aarde valt, dat de elektronen nog steeds in hun baan ronddraaien en dat de magnetische veld beschermt ons nog steeds tegen kosmische invloeden.

Van dit alles werd het triest, want hoe meer ik me verdiepte in de theorie van de microkosmos, hoe meer mijn begrip van de doodlopende ontwikkeling van het belangrijkste onderdeel van de theorie van de structuur van de wereld groeide. De positie van de huidige wetenschap van de microkosmos is niet toevallig, maar natuurlijk. Feit is dat de fundamenten van de kwantumfysica aan het eind van de negentiende en het begin van de twintigste eeuw werden gelegd door Nobelprijswinnaars Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli en Paul Dirac. Natuurkundigen hadden in die tijd alleen de resultaten van enkele eerste experimenten die gericht waren op het bestuderen van atomen en elementaire deeltjes. Er moet echter worden toegegeven dat deze onderzoeken ook werden uitgevoerd op onvolmaakte apparatuur die overeenkwam met die tijd, en de experimentele database begon net vol te raken.

Het is dan ook niet verwonderlijk dat de klassieke natuurkunde niet altijd een antwoord kon geven op de talrijke vragen die opkwamen tijdens de studie van de microwereld. Daarom begonnen ze aan het begin van de twintigste eeuw in de wetenschappelijke wereld te praten over de crisis van de natuurkunde en de noodzaak van revolutionaire veranderingen in het systeem van microwereldonderzoek. Deze bepaling dwong progressieve theoretische wetenschappers er absoluut toe om te zoeken naar nieuwe manieren en nieuwe methoden om de microwereld te kennen.

Het probleem, we moeten hulde brengen, zat niet in de verouderde bepalingen van de klassieke natuurkunde, maar in de onderontwikkelde technische basis, die destijds, wat heel begrijpelijk is, niet de nodige onderzoeksresultaten kon opleveren en voedsel kon geven voor diepere theoretische ontwikkelingen. Het gat moest worden opgevuld. En het was gevuld. Een nieuwe theorie - kwantumfysica, voornamelijk gebaseerd op probabilistische wiskundige concepten. Hier was niets mis mee, behalve dat ze daarbij de filosofie vergaten en zich losmaakten van de echte wereld.

Klassieke ideeën over het atoom, elektron, proton, neutron, enz. werden vervangen door hun probabilistische modellen, die overeenkwamen met een bepaald ontwikkelingsniveau van de wetenschap en het zelfs mogelijk maakten om zeer complexe toegepaste problemen op te lossen. technische taken. Het ontbreken van de noodzakelijke technische basis en enkele successen in de theoretische en experimentele weergave van de elementen en systemen van de microkosmos creëerden de voorwaarden voor een zekere afkoeling van de wetenschappelijke wereld naar een diepgaande studie van de structuur van elementaire deeltjes, atomen en hun kernen . Vooral sinds de crisis in de fysica van de microkosmos leek te zijn uitgedoofd, had er een revolutie plaatsgevonden. De wetenschappelijke gemeenschap haastte zich enthousiast om de kwantumfysica te bestuderen, zonder de moeite te nemen om de basisprincipes van elementaire en fundamentele deeltjes te begrijpen.

Natuurlijk kon een dergelijke situatie in de moderne wetenschap van de microwereld me niet anders dan enthousiast maken, en ik begon me onmiddellijk voor te bereiden op een nieuwe expeditie, op een nieuwe reis. Reis door de microkosmos. Wij hebben al een soortgelijke reis gemaakt. Het was de eerste reis naar de wereld van sterrenstelsels, sterren en quasars, naar de wereld van donkere materie en donkere energie, naar de wereld waar ons heelal wordt geboren en een volledig leven leidt. In zijn verslag "Adem van het Universum. Reis eerst» We hebben geprobeerd de structuur van het heelal en de processen die daarin plaatsvinden te begrijpen.

Beseffend dat de tweede reis ook niet gemakkelijk zal zijn en miljarden biljoenen keren zal vergen om de schaal van de ruimte waarin je moet studeren te verkleinen de wereld Ik begon me voor te bereiden op penetratie, niet alleen in de structuur van een atoom of molecuul, maar ook in de diepten van het elektron en proton, neutronen en foton, en in volumes die miljoenen keren kleiner zijn dan de volumes van deze deeltjes. Dit vereiste een speciale opleiding, nieuwe kennis en geavanceerde apparatuur.

De komende reis begon vanaf het allereerste begin van de schepping van onze wereld, en het was dit begin dat het gevaarlijkst was en met de meest onvoorspelbare uitkomst. Maar het hing van onze expeditie af of we een uitweg zouden vinden uit de huidige situatie in de wetenschap van de microwereld of dat we zouden blijven balanceren op de wankele touwbrug van moderne kernenergie, waarbij elke seconde het leven en bestaan ​​van de beschaving aan de planeet tot levensgevaar.

Het punt is dat om de eerste resultaten van ons onderzoek te leren kennen, het noodzakelijk was om naar het zwarte gat van het heelal te gaan en, het gevoel van zelfbehoud te verwaarlozen, de vlammende hel van de universele tunnel in te rennen. Alleen daar, onder de omstandigheden van ultrahoge temperaturen en fantastische druk, voorzichtig bewegend in de snel roterende stromen van materiële deeltjes, konden we zien hoe de vernietiging van deeltjes en antideeltjes plaatsvindt en hoe de grote en machtige voorouder van alle dingen wordt herboren - Ether, om alle lopende processen te begrijpen, inclusief de vorming van deeltjes, atomen en moleculen.

Geloof me, er zijn niet zoveel waaghalzen op aarde die hierover kunnen beslissen. Bovendien is het resultaat door niemand gegarandeerd en is niemand bereid verantwoordelijkheid te nemen voor het welslagen van deze reis. Tijdens het bestaan ​​van de beschaving heeft niemand zelfs het zwarte gat van de melkweg bezocht, maar hier - UNIVERSUM! Alles is hier volwassen, groots en kosmische schaal. Er zijn hier geen grappen. Hier kunnen ze het menselijk lichaam in een oogwenk veranderen in een microscopisch roodgloeiend energieklontje of het verspreiden over de eindeloze koude uitgestrekte ruimte zonder het recht te herstellen en te herenigen. Dit is het universum! Enorm en majestueus, koud en gloeiend heet, grenzeloos en mysterieus...

Daarom nodig ik iedereen uit om deel te nemen aan onze expeditie en moet ik je waarschuwen dat als iemand twijfelt, het niet te laat is om te weigeren. Elke reden wordt geaccepteerd. We zijn ons volledig bewust van de omvang van het gevaar, maar we zijn bereid om het koste wat kost het hoofd te bieden! We bereiden ons voor om in de diepten van het heelal te duiken.

Het is duidelijk dat het geen gemakkelijke taak is om onszelf te beschermen en in leven te blijven, ons in een hete universele tunnel te storten die gevuld is met krachtige explosies en kernreacties, en onze apparatuur moet voldoen aan de omstandigheden waarin we zullen moeten werken. Daarom is het absoluut noodzakelijk om de beste uitrusting voor te bereiden en goed na te denken over de uitrusting voor alle deelnemers aan deze gevaarlijke expeditie.

Allereerst zullen we op de tweede reis nemen wat ons in staat stelde een zeer moeilijk pad door de uitgestrektheid van het heelal te overwinnen toen we aan een rapport over onze expeditie werkten. "Adem van het Universum. Reis eerst. Natuurlijk, dit wetten van de wereld. Zonder hun aanmelding had onze eerste reis nauwelijks succesvol kunnen eindigen. Het waren de wetten die het mogelijk maakten om te vinden juiste manier tussen een hoop onbegrijpelijke verschijnselen en dubieuze conclusies van onderzoekers over hun verklaring.

Als je je herinnert, wet van het evenwicht van tegenstellingen, vooraf bepaald dat in de wereld elke manifestatie van de werkelijkheid, elk systeem zijn eigen tegengestelde essentie heeft en daarmee in balans is of streeft, stelde ons in staat om de aanwezigheid in de wereld om ons heen te begrijpen en te accepteren, naast gewone energie, ook donkere energie, en ook naast gewone materie - donkere materie. De wet van de balans van tegenstellingen maakte het mogelijk om aan te nemen dat de wereld niet alleen uit ether bestaat, maar dat de ether ook uit zijn twee typen bestaat - positief en negatief.

De wet van universele onderlinge verbinding, wat een stabiele, herhalende verbinding impliceert tussen alle objecten, processen en systemen in het heelal, ongeacht hun schaal, en wet van hiërarchie, door de niveaus van elk systeem in het heelal te ordenen van het laagste naar het hoogste, werd het mogelijk om een ​​logische "ladder van wezens" te bouwen van de ether, deeltjes, atomen, stoffen, sterren en melkwegstelsels naar het heelal. En dan manieren vinden om een ​​ongelooflijk groot aantal sterrenstelsels, sterren, planeten en andere materiële objecten te transformeren, eerst in deeltjes en vervolgens in stromen van hete ether.

We vonden bevestiging van deze opvattingen in actie. wet van ontwikkeling, die de evolutionaire beweging in alle sferen van de wereld om ons heen bepaalt. Door de analyse van de werking van deze wetten kwamen we tot een beschrijving van de vorm en het begrip van de structuur van het heelal, leerden we de evolutie van sterrenstelsels, zagen we de mechanismen van vorming van deeltjes en atomen, sterren en planeten. Het werd ons volkomen duidelijk hoe het grote uit het kleine wordt gevormd, en het kleine uit het grote.

alleen begrip wet van continuïteit van beweging, die de objectieve noodzaak van het proces van constante beweging in de ruimte voor alle objecten en systemen zonder uitzondering interpreteert, stelde ons in staat om ons bewust te worden van de rotatie van de kern van het heelal en sterrenstelsels rond de universele tunnel.

De wetten van de structuur van de wereld waren een soort kaart van onze reis, die ons hielp langs de route te gaan en de moeilijkste secties en obstakels te overwinnen die we tegenkwamen op weg naar het begrijpen van de wereld. Daarom zullen de wetten van de structuur van de wereld ook het belangrijkste kenmerk zijn van onze uitrusting op deze reis naar de diepten van het heelal.

De tweede belangrijke voorwaarde voor het succes van penetratie in de diepten van het heelal zal natuurlijk zijn: experimentele resultaten wetenschappers, die ze meer dan honderd jaar vasthielden, en het geheel voorraad kennis en informatie over verschijnselen microwereld verzameld door de moderne wetenschap. Tijdens de eerste reis waren we ervan overtuigd dat veel natuurverschijnselen op verschillende manieren kunnen worden geïnterpreteerd en volledig tegengestelde conclusies kunnen trekken.

Verkeerde conclusies, ondersteund door omslachtige wiskundige formules, leiden de wetenschap in de regel op een doodlopende weg en zorgen niet voor de noodzakelijke ontwikkeling. Ze leggen de basis voor verder foutief denken, dat op zijn beurt de theoretische bepalingen vormt van de ontwikkelde foutieve theorieën. Het gaat niet om formules. Formules kunnen absoluut correct zijn. Maar de beslissingen van onderzoekers over hoe en op welk pad verder te gaan, zijn misschien niet helemaal correct.

De situatie is te vergelijken met de wens om via twee wegen van Parijs naar de luchthaven Charles de Gaulle te komen. De eerste is de kortste, die niet meer dan een half uur kan worden doorgebracht met alleen een auto, en de tweede is precies het tegenovergestelde, de wereld rond per auto, schip, speciale uitrusting, boten, hondensleeën door Frankrijk, de Atlantische Oceaan, Zuid-Amerika, Antarctica, de Stille Oceaan, het Noordpoolgebied en tenslotte via het noordoosten van Frankrijk rechtstreeks naar de luchthaven. Beide wegen zullen ons van één punt naar dezelfde plaats leiden. Maar voor hoe lang en met welke inspanning? Ja, en om nauwkeurig te zijn en de bestemming te bereiken tijdens een lange en moeilijke reis is zeer, zeer problematisch. Daarom is niet alleen het bewegingsproces belangrijk, maar ook de keuze van de juiste weg.

In onze reis zullen we, net als in de eerste expeditie, proberen een iets andere kijk te nemen op de conclusies over de microkosmos die al door iedereen zijn gemaakt en geaccepteerd. wetenschappelijke wereld. Allereerst in relatie tot de kennis die is opgedaan door het bestuderen van elementaire deeltjes, kernreacties en bestaande interacties. Het is heel goed mogelijk dat als gevolg van onze onderdompeling in de diepten van het heelal, het elektron voor ons zal verschijnen, niet als een structuurloos deeltje, maar als een meer complex object van de microwereld, en de atoomkern zal zijn diverse structuur onthullen, zijn ongewone en actieve leven leiden.

Laten we niet vergeten logica mee te nemen. Het stelde ons in staat om onze weg te vinden door de moeilijkste plekken van onze laatste reis. Logica was een soort kompas, dat de richting aangaf van het juiste pad op een reis door de uitgestrektheid van het heelal. Het is duidelijk dat we ook nu niet meer zonder kunnen.

Eén logica zal uiteraard niet voldoende zijn. In deze expeditie kunnen we niet zonder intuïtie. Intuïtie zal ons in staat stellen te vinden waar we nog niet eens naar kunnen raden, en waar niemand voor ons naar heeft gezocht. Het is intuïtie die onze geweldige assistent is, naar wiens stem we zorgvuldig zullen luisteren. Intuïtie zal ons in beweging brengen, ongeacht regen en kou, sneeuw en vorst, zonder vaste hoop en duidelijke informatie, maar zij is het die ons in staat zal stellen ons doel te bereiken ondanks alle regels en richtlijnen die de hele mensheid gewend is geraakt naar van school.

Ten slotte kunnen we nergens heen zonder onze tomeloze fantasie. Verbeelding- dit is het kennisinstrument dat we nodig hebben, waarmee we zonder de modernste microscopen kunnen zien wat veel kleiner is dan de kleinste deeltjes die al zijn ontdekt of alleen door onderzoekers zijn aangenomen. Verbeelding zal ons alle processen laten zien die plaatsvinden in een zwart gat en in een universele tunnel, mechanismen bieden voor het ontstaan ​​van zwaartekrachten tijdens de vorming van deeltjes en atomen, ons door de galerijen van de atoomkern leiden en het mogelijk maken om maak een fascinerende vlucht op een licht ronddraaiend elektron rond een stevig maar onhandig gezelschap van protonen en neutronen in de atoomkern.

Helaas kunnen we op deze reis naar de diepten van het heelal niets anders meenemen - er is heel weinig ruimte en we moeten ons zelfs beperken tot de meest noodzakelijke dingen. Maar dat houdt ons niet tegen! Wij begrijpen het doel! De diepten van het universum wachten op ons!

Doctor in de fysische en wiskundige wetenschappen M. KAGANOV.

Volgens een lange traditie spreekt het tijdschrift "Science and Life" over: de laatste prestaties moderne wetenschap, over de nieuwste ontdekkingen op het gebied van natuurkunde, biologie en geneeskunde. Maar om te begrijpen hoe belangrijk en interessant ze zijn, is het noodzakelijk om op zijn minst een algemeen idee te hebben van de basisprincipes van de wetenschap. De moderne natuurkunde ontwikkelt zich snel en mensen van de oudere generatie, degenen die 30-40 jaar geleden op school en aan het instituut hebben gestudeerd, zijn niet bekend met veel van de voorzieningen: ze bestonden toen gewoon niet. En onze jonge lezers hebben nog geen tijd gehad om erover te leren: populair-wetenschappelijke literatuur wordt praktisch niet meer gepubliceerd. Daarom vroegen we de oude auteur van het tijdschrift M. I. Kaganov om te vertellen over atomen en elementaire deeltjes en over de wetten die ze beheersen, over wat materie is. Moisei Isaakovich Kaganov - theoretisch fysicus, auteur en co-auteur van enkele honderden artikelen over Kwantum theorie vaste toestand, de theorie van metalen en magnetisme. Hij was een vooraanstaand lid van het Instituut voor Lichamelijke Problemen genoemd naar V.I. P.L. Kapitsa en professor aan de Staatsuniversiteit van Moskou. M. V. Lomonosov, lid van de redacties van de tijdschriften "Nature" en "Quantum". Auteur van vele populair-wetenschappelijke artikelen en boeken. Woont nu in Boston (VS).

Wetenschap en leven // Illustraties

De Griekse filosoof Democritus was de eerste die het woord "atoom" gebruikte. Volgens zijn leer zijn atomen ondeelbaar, onverwoestbaar en constant in beweging. Ze zijn oneindig divers, ze hebben depressies en uitstulpingen, waarmee ze in elkaar grijpen en alle materiële lichamen vormen.

Tabel 1. De belangrijkste kenmerken van elektronen, protonen en neutronen.

deuterium atoom.

De Engelse natuurkundige Ernst Rutherford wordt terecht beschouwd als de grondlegger van de kernfysica, de theorie van radioactiviteit en de theorie van de structuur van het atoom.

Afgebeeld: het oppervlak van een wolfraamkristal 10 miljoen keer vergroot; elke heldere stip is zijn individuele atoom.

Wetenschap en leven // Illustraties

Wetenschap en leven // Illustraties

Werkend aan de totstandkoming van de stralingstheorie, kwam Max Planck in 1900 tot de conclusie dat de atomen van een verwarmde substantie licht moeten uitstralen in porties, quanta, met de actiedimensie (J.s) en energie evenredig met de stralingsfrequentie: E \u003d u.

In 1923 bracht Louis de Broglie Einsteins idee van de dubbele aard van licht - golf-deeltje dualiteit - over op materie: de beweging van een deeltje komt overeen met de voortplanting van een oneindige golf.

Diffractie-experimenten bevestigden overtuigend de theorie van De Broglie, die stelde dat de beweging van elk deeltje gepaard gaat met een golf waarvan de lengte en snelheid afhangen van de massa en energie van het deeltje.

Wetenschap en leven // Illustraties

Een ervaren biljarter weet altijd hoe de ballen zullen rollen na een slag en drijft ze gemakkelijk in de pocket. Met atomaire deeltjes is dat veel moeilijker. Het is onmogelijk om de baan van een vliegend elektron aan te geven: het is niet alleen een deeltje, maar ook een golf, oneindig in de ruimte.

'S Nachts, wanneer er geen wolken aan de lucht zijn, de maan niet zichtbaar is en de lichten niet interfereren, is de lucht gevuld met helder schijnende sterren. Het is niet nodig om bekende sterrenbeelden te zoeken of planeten dicht bij de aarde te zoeken. Kijk gewoon! Probeer je een enorme ruimte voor te stellen die gevuld is met werelden en zich uitstrekt over miljarden miljarden lichtjaren. Alleen vanwege de afstand lijken de werelden punten te zijn, en veel ervan zijn zo ver weg dat ze niet afzonderlijk van elkaar te onderscheiden zijn en opgaan in een nevel. Het lijkt erop dat we ons in het centrum van het universum bevinden. Nu weten we dat dit niet het geval is. De afwijzing van geocentrisme is een grote verdienste van de wetenschap. Het kostte veel moeite om te beseffen dat de kleine aarde beweegt in een willekeurig, schijnbaar niet-toegewezen gebied van grenzeloze (letterlijk!) ruimte.

Maar het leven is op aarde ontstaan. Het ontwikkelde zich zo succesvol dat het erin slaagde een persoon voort te brengen die in staat is de wereld om hem heen te begrijpen, op zoek naar en het vinden van de wetten die de natuur beheersen. De prestaties van de mensheid op het gebied van kennis van de natuurwetten zijn zo indrukwekkend dat men zich onwillekeurig trots voelt te behoren tot dit snufje rede, verloren aan de periferie van een gewoon melkwegstelsel.

Gezien de diversiteit van alles wat ons omringt, is het bestaan ​​van algemene wetten verbazingwekkend. Niet minder opvallend is dat alles is opgebouwd uit deeltjes van slechts drie typen - elektronen, protonen en neutronen.

Om de basiswetten van de natuur te gebruiken om waarneembare zaken af ​​te leiden en nieuwe eigenschappen van verschillende stoffen en objecten te voorspellen, zijn complexe wiskundige theorieën ontwikkeld, die helemaal niet gemakkelijk te begrijpen zijn. Maar de contouren van het wetenschappelijke beeld van de wereld kunnen worden begrepen zonder toevlucht te nemen tot een rigoureuze theorie. Hiervoor is natuurlijk verlangen nodig. Maar niet alleen: zelfs een voorkennis zal wat werk moeten verzetten. Men moet proberen nieuwe feiten te begrijpen, onbekende verschijnselen, die op het eerste gezicht niet overeenkomen met de bestaande ervaring.

De prestaties van de wetenschap leiden vaak tot het idee dat "niets heilig is" voor haar: wat gisteren waar was, wordt vandaag weggegooid. Met kennis ontstaat inzicht in hoe eerbiedig de wetenschap omgaat met elk greintje verzamelde ervaring, met welke voorzichtigheid ze vooruitgaat, vooral in die gevallen waarin het nodig is om gewortelde ideeën los te laten.

Het doel van dit verhaal is om de fundamentele kenmerken van de structuur van anorganische stoffen te introduceren. Ondanks hun eindeloze variëteit is hun structuur relatief eenvoudig. Vooral in vergelijking met welk, zelfs het eenvoudigste levende organisme. Maar één ding hebben ze gemeen: alle levende organismen zijn, net als anorganische stoffen, opgebouwd uit elektronen, protonen en neutronen.

Het is onmogelijk om de onmetelijkheid te omarmen: om, althans in algemene termen, kennis te maken met de structuur van levende organismen, is een bijzonder verhaal nodig.

INVOERING

De verscheidenheid aan dingen, objecten - alles wat we gebruiken, dat ons omringt, is grenzeloos. Niet alleen in hun doel en structuur, maar ook in de materialen die zijn gebruikt om ze te maken - stoffen, zoals ze zeggen, wanneer het niet nodig is om hun functie te benadrukken.

Stoffen, materialen zien er solide uit en aanraking bevestigt wat de ogen zien. Het lijkt erop dat er geen uitzonderingen zijn. Stromend water en massief metaal, zo verschillend van elkaar, lijken in één ding op elkaar: zowel metaal als water zijn vast. Toegegeven, zout of suiker kan worden opgelost in water. Ze vinden hun plek in het water. Ja, en in een vast lichaam, bijvoorbeeld in houten bord, je kunt een spijker slaan. Met veel moeite is het mogelijk te bereiken dat de plaats die door een boom werd ingenomen, wordt ingenomen door een ijzeren spijker.

We weten heel goed dat een klein stukje van een massief lichaam kan worden afgebroken, praktisch elk materiaal kan worden verpletterd. Soms is het moeilijk, soms gebeurt het spontaan, zonder onze deelname. Waan je op het strand, op het zand. We begrijpen dat een zandkorrel verre van het kleinste deeltje is van de stof waaruit zand bestaat. Als je het probeert, kun je de zandkorrels verkleinen, bijvoorbeeld door door de rollen te gaan - door twee cilinders van zeer hard metaal. Eenmaal tussen de walsen wordt de zandkorrel vermalen tot kleinere stukjes. In feite is dit hoe meel wordt gemaakt van graan in molens.

Nu het atoom stevig zijn intrede heeft gedaan in ons wereldbeeld, is het heel moeilijk voor te stellen dat mensen niet wisten of het verbrijzelingsproces beperkt is of dat een stof tot in het oneindige kan worden verbrijzeld.

Het is niet bekend wanneer mensen zichzelf deze vraag voor het eerst stelden. Het werd voor het eerst opgetekend in de geschriften van oude Griekse filosofen. Sommigen van hen geloofden dat, hoe fractioneel een stof ook is, het in nog kleinere delen kan worden verdeeld - er is geen limiet. Anderen hebben gesuggereerd dat er kleine ondeelbare deeltjes zijn waaruit alles bestaat. Om te benadrukken dat deze deeltjes de grens van verplettering zijn, noemden ze ze atomen (in het oud-Grieks betekent het woord "atoom" ondeelbaar).

Het is noodzakelijk om degenen te noemen die voor het eerst het idee van het bestaan ​​​​van atomen naar voren brachten. Dit zijn Democritus (geboren omstreeks 460 of 470 v. Chr., op hoge leeftijd gestorven) en Epicurus (341-270 v. Chr.). De atoomwetenschap is dus bijna 2500 jaar oud. Het idee van atomen werd lang niet door iedereen meteen geaccepteerd. Zelfs 150 jaar geleden waren er maar weinig mensen die overtuigd waren van het bestaan ​​van atomen, zelfs niet onder wetenschappers.

Dit komt omdat atomen erg klein zijn. Ze zijn niet alleen met het blote oog te zien, maar bijvoorbeeld ook met een microscoop die 1000 keer vergroot. Laten we eens nadenken: hoe groot zijn de kleinste deeltjes die je kunt zien? Verschillende mensen hebben een ander gezichtsvermogen, maar waarschijnlijk zal iedereen het erover eens zijn dat het onmogelijk is om een ​​deeltje kleiner dan 0,1 millimeter te zien. Als je een microscoop gebruikt, kun je dus, zij het met moeite, deeltjes zien van ongeveer 0,0001 millimeter groot of 10 -7 meter. Als we de afmetingen van atomen en interatomaire afstanden (10 -10 meter) vergelijken met de lengte, die door ons wordt geaccepteerd als de limiet van het vermogen om te zien, zullen we begrijpen waarom elke substantie ons solide lijkt.

2500 jaar is een lange tijd. Wat er ook in de wereld gebeurt, er zijn altijd mensen geweest die probeerden de vraag te beantwoorden hoe de wereld om hen heen werkt. Soms maakten de problemen van de organisatie van de wereld zich meer zorgen, soms minder. De geboorte van wetenschap in zijn moderne betekenis vond relatief recent plaats. Wetenschappers hebben geleerd om te experimenteren - om vragen te stellen aan de natuur en de antwoorden ervan te begrijpen, om theorieën te creëren die de resultaten van experimenten beschrijven. De theorieën vereisten rigoureuze wiskundige methoden om geldige conclusies te trekken. De wetenschap heeft een lange weg afgelegd. Op dit pad, dat voor de natuurkunde ongeveer 400 jaar geleden begon met de werken van Galileo Galilei (1564-1642), werd een oneindige hoeveelheid informatie verkregen over de structuur van materie en de eigenschappen van lichamen van verschillende aard, een oneindig aantal verschillende verschijnselen werden ontdekt en begrepen.

De mensheid heeft niet alleen geleerd om de natuur passief te begrijpen, maar ook om haar voor haar eigen doeleinden te gebruiken.

We zullen de geschiedenis van de ontwikkeling van atomaire concepten over 2500 jaar en de geschiedenis van de natuurkunde over de afgelopen 400 jaar niet beschouwen. Het is onze taak om zo kort en duidelijk mogelijk te vertellen waaruit en hoe alles is opgebouwd - de objecten om ons heen, lichamen en onszelf.

Zoals eerder vermeld, bestaat alle materie uit elektronen, protonen en neutronen. Ik weet dit al sinds mijn schooltijd, maar het blijft me verbazen dat alles is opgebouwd uit slechts drie soorten deeltjes! Maar de wereld is zo divers! Bovendien zijn de middelen die de natuur gebruikt om te bouwen ook vrij uniform.

Een consistente beschrijving van hoe stoffen van verschillende typen worden gebouwd, is een complexe wetenschap. Ze gebruikt serieuze wiskunde. Benadrukt moet worden dat er geen andere, eenvoudige theorie is. Maar fysieke principes, die ten grondslag liggen aan het begrip van de structuur en eigenschappen van stoffen, hoewel ze niet triviaal en moeilijk voor te stellen zijn, toch kunnen worden begrepen. Met ons verhaal proberen we iedereen te helpen die geïnteresseerd is in de structuur van de wereld waarin we leven.

SCHERPE METHODE, OF VERDELEN EN WETEN

Het lijkt erop dat de meest natuurlijke manier om te begrijpen hoe een complex apparaat (speelgoed of mechanisme) werkt, is om uit elkaar te halen, uiteen te vallen in zijn samenstellende delen. Je moet gewoon heel voorzichtig zijn, onthoud dat het veel moeilijker zal zijn om te folden. "Om te breken - niet om te bouwen" - zegt volkswijsheid. En nog iets: waar het apparaat uit bestaat, zullen we misschien begrijpen, maar hoe het werkt is onwaarschijnlijk. Het is soms nodig om één schroef los te draaien, en dat is alles - het apparaat werkt niet meer. Het is niet zozeer nodig om te demonteren, maar om te begrijpen.

Aangezien we het niet hebben over de feitelijke ontbinding van alle objecten, dingen, organismen om ons heen, maar over het denkbeeldige, dat wil zeggen, over mentale, en niet over echte ervaring, dan hoef je je geen zorgen te maken: je hoeft niet moeten verzamelen. Laten we ook niet beknibbelen op de moeite. We zullen er niet over nadenken of het moeilijk of gemakkelijk is om het apparaat in zijn samenstellende delen te ontleden. Wacht even. En hoe weten we dat we de limiet hebben bereikt? Misschien kunnen we met meer moeite verder komen? We geven aan onszelf toe: we weten niet of we de limiet hebben bereikt. We moeten de algemeen aanvaarde mening gebruiken, in het besef dat dit geen erg betrouwbaar argument is. Maar als je bedenkt dat dit slechts een algemeen aanvaarde mening is, en niet de ultieme waarheid, dan is het gevaar klein.

Het is nu algemeen aanvaard dat elementaire deeltjes dienen als de details waaruit alles is opgebouwd. En hoewel niet allemaal. Na in het juiste naslagwerk te hebben gekeken, zullen we overtuigd zijn: er zijn meer dan driehonderd elementaire deeltjes. De overvloed aan elementaire deeltjes deed ons nadenken over de mogelijkheid van het bestaan ​​van subelementaire deeltjes - de deeltjes waaruit de elementaire deeltjes zelf bestaan. Zo ontstond het idee van quarks. Ze hebben de verbazingwekkende eigenschap dat ze niet lijken te bestaan ​​in een vrije staat. Er zijn nogal wat quarks - zes, en elk heeft zijn eigen antideeltje. Misschien is de reis naar de diepten van de materie nog niet voorbij.

Voor ons verhaal is de overvloed aan elementaire deeltjes en het bestaan ​​van subelementaire deeltjes niet essentieel. Elektronen, protonen en neutronen zijn direct betrokken bij de constructie van stoffen - alles wordt alleen daaruit opgebouwd.

Laten we, voordat we de eigenschappen van echte deeltjes bespreken, nadenken over hoe we de details zouden willen zien waaruit alles is opgebouwd. Als het gaat om wat we zouden willen zien, moeten we natuurlijk rekening houden met de diversiteit aan opvattingen. Laten we een paar functies uitkiezen die verplicht lijken.

Ten eerste moeten elementaire deeltjes het vermogen hebben om zich te verenigen in verschillende structuren.

Ten tweede zou ik willen denken dat elementaire deeltjes onverwoestbaar zijn. Als we weten wat een lange geschiedenis de wereld heeft, is het moeilijk voor te stellen dat de deeltjes waaruit ze is samengesteld sterfelijk zijn.

Ten derde zou ik willen dat de details zelf niet te veel zijn. Als we naar de bouwstenen kijken, zien we hoe verschillende gebouwen kunnen worden gemaakt van dezelfde elementen.

Als we kennis maken met elektronen, protonen en neutronen, zullen we zien dat hun eigenschappen niet in tegenspraak zijn met onze wensen, en het verlangen naar eenvoud komt ongetwijfeld overeen met het feit dat slechts drie soorten elementaire deeltjes deelnemen aan de structuur van alle stoffen.

ELEKTRONEN, PROTONEN, NEUTRONEN

Laten we de belangrijkste kenmerken van elektronen, protonen en neutronen presenteren. Ze zijn verzameld in tabel 1.

De grootte van de lading wordt gegeven in coulombs, de massa wordt gegeven in kilogram (SI-eenheden); de woorden "spin" en "statistieken" zullen hieronder worden uitgelegd.

Laten we eens kijken naar het verschil in massa van deeltjes: protonen en neutronen zijn bijna 2000 keer zwaarder dan elektronen. Bijgevolg wordt de massa van elk lichaam bijna volledig bepaald door de massa van protonen en neutronen.

Het neutron is, zoals de naam al aangeeft, neutraal - de lading is nul. Een proton en een elektron hebben dezelfde grootte maar tegengesteld in tekenladingen. Het elektron is negatief geladen en het proton is positief geladen.

Onder de kenmerken van deeltjes is er geen schijnbaar belangrijk kenmerk - hun grootte. Het beschrijven van de structuur van atomen en moleculen, elektronen, protonen en neutronen kan worden beschouwd als materiële punten. De grootte van het proton en het neutron hoeft alleen te worden onthouden bij het beschrijven van atoomkernen. Zelfs vergeleken met de grootte van atomen, zijn protonen en neutronen monsterlijk klein (in de orde van 10-16 meter).

In feite is dit korte sectie wordt gereduceerd tot de voorstelling van elektronen, protonen en neutronen als de bouwstof van alle lichamen in de natuur. We kunnen ons eenvoudig beperken tot tabel 1, maar we moeten begrijpen hoe uit elektronen, protonen en neutronen constructie plaatsvindt, waardoor de deeltjes worden samengevoegd tot complexere structuren en wat deze structuren zijn.

ATOM - DE MEEST EENVOUDIGE COMPLEXE STRUCTUREN

Er zijn veel atomen. Het bleek nodig en mogelijk te zijn om die op een speciale manier te regelen. Ordenen maakt het mogelijk om het verschil en de overeenkomst van atomen te benadrukken. De redelijke rangschikking van atomen is de verdienste van D.I. Mendelejev (1834-1907), die de periodieke wet formuleerde die zijn naam draagt. Als we het bestaan ​​van perioden tijdelijk negeren, dan is het principe van de rangschikking van elementen uiterst eenvoudig: ze zijn opeenvolgend gerangschikt volgens het gewicht van de atomen. Het lichtste is het waterstofatoom. Het laatste natuurlijke (niet kunstmatig gecreëerde) atoom is het uraniumatoom, dat meer dan 200 keer zwaarder is dan het.

Het begrijpen van de structuur van atomen verklaarde de aanwezigheid van periodiciteit in de eigenschappen van elementen.

Helemaal aan het begin van de 20e eeuw toonde E. Rutherford (1871-1937) overtuigend aan dat bijna de hele massa van een atoom geconcentreerd is in zijn kern - een klein (zelfs vergeleken met een atoom) gebied in de ruimte: de straal van de kern is ongeveer 100 duizend keer kleinere maat atoom. Toen Rutherford zijn experimenten deed, was het neutron nog niet ontdekt. Met de ontdekking van het neutron werd begrepen dat kernen uit protonen en neutronen bestaan, en het is natuurlijk om een ​​atoom voor te stellen als een kern omringd door elektronen, waarvan het aantal gelijk is aan het aantal protonen in de kern - tenslotte , het atoom als geheel is neutraal. Protonen en neutronen, als het bouwmateriaal van de kern, kregen een algemene naam - nucleonen. (uit het Latijn kern- kern). Dit is de naam die we zullen gebruiken.

Het aantal nucleonen in een kern wordt meestal aangegeven met de letter MAAR. Het is duidelijk dat A = N + Z, waar N is het aantal neutronen in de kern, en Z- het aantal protonen, gelijk aan het aantal elektronen in het atoom. Nummer MAAR heet atomaire massa, en Z- atoomnummer. Atomen met hetzelfde atoomnummer worden isotopen genoemd: in het periodiek systeem bevinden ze zich in dezelfde cel (in het Grieks iso's - Gelijk , topos - plaats). Feit is dat de chemische eigenschappen van isotopen bijna identiek zijn. Als je goed naar het periodiek systeem kijkt, kun je zien dat, strikt genomen, de rangschikking van de elementen niet overeenkomt met de atoommassa, maar met het atoomnummer. Als er ongeveer 100 elementen zijn, zijn er meer dan 2000 isotopen. Het is waar dat veel van hen onstabiel zijn, dat wil zeggen radioactief (van het Latijnse radio-- straalt uit actief- actief), vervallen ze en zenden ze verschillende stralingen uit.

De experimenten van Rutherford leidden niet alleen tot de ontdekking van atoomkernen, maar toonden ook aan dat dezelfde elektrostatische krachten in het atoom werken, die gelijkgeladen lichamen van elkaar afstoten en tegengesteld geladen lichamen (bijvoorbeeld elektroscoopballen) naar elkaar toe trekken.

Het atoom is stabiel. Daarom bewegen de elektronen in een atoom rond de kern: de middelpuntvliedende kracht compenseert de aantrekkingskracht. Dit begrijpen leidde tot de creatie van een planetair model van het atoom, waarin de kern de zon is en de elektronen de planeten (vanuit het oogpunt van de klassieke fysica is het planetaire model inconsistent, maar daarover hieronder meer) .

Er zijn een aantal manieren om de grootte van een atoom te schatten. Verschillende schattingen leiden tot vergelijkbare resultaten: de afmetingen van atomen zijn natuurlijk verschillend, maar ongeveer gelijk aan enkele tienden van een nanometer (1 nm = 10 -9 m).

Beschouw eerst het systeem van elektronen in een atoom.

BIJ zonnestelsel planeten worden door de zwaartekracht naar de zon getrokken. Een elektrostatische kracht werkt in een atoom. Het wordt vaak Coulomb genoemd naar Charles Augustin Coulomb (1736-1806), die vaststelde dat de kracht van interactie tussen twee ladingen omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand tussen hen. Het feit dat twee kosten Q 1 en Q 2 worden aangetrokken of afgestoten met een kracht gelijk aan F C = Q 1 Q 2 /r 2 , waar r- de afstand tussen de ladingen wordt de "wet van Coulomb" genoemd. Inhoudsopgave " MET" toegewezen aan geweld F door de eerste letter van de achternaam van Coulomb (in het Frans Coulomb). Van de meest uiteenlopende uitspraken zijn er maar weinig die net zo terecht een wet worden genoemd als de wet van Coulomb: de reikwijdte van de toepasbaarheid is immers praktisch onbeperkt. Geladen lichamen, ongeacht hun grootte, evenals atomaire en zelfs subatomaire geladen deeltjes - ze trekken allemaal aan of stoten af ​​in overeenstemming met de wet van Coulomb.

Uitweiding op zwaartekracht

De mens maakt op jonge leeftijd kennis met de zwaartekracht. Als hij valt, leert hij de zwaartekracht naar de aarde te respecteren. Kennismaking met versnelde beweging begint meestal met de studie van de vrije val van lichamen - de beweging van een lichaam onder invloed van de zwaartekracht.

Tussen twee massalichamen M 1 en M 2 kracht werkt F N=- GM 1 M 2 /r 2 . Hier r- afstand tussen lichamen, G- zwaartekrachtconstante gelijk aan 6.67259.10 -11 m 3 kg -1 s -2 , de index "N" wordt gegeven ter ere van Newton (1643 - 1727). Deze uitdrukking wordt de wet van de universele zwaartekracht genoemd en benadrukt het universele karakter ervan. Kracht F N bepaalt de beweging van sterrenstelsels, hemellichamen en de val van objecten naar de aarde. De wet van universele zwaartekracht is geldig voor elke afstand tussen lichamen. We zullen geen melding maken van de veranderingen in het beeld van de zwaartekracht die Einsteins algemene relativiteitstheorie (1879-1955) maakte.

Zowel de elektrostatische kracht van Coulomb als de Newtoniaanse kracht van universele zwaartekracht zijn hetzelfde (als 1/ r 2) afnemen met toenemende afstand tussen de lichamen. Hiermee kunt u de werking van beide krachten op elke afstand tussen de lichamen vergelijken. Als de kracht van de Coulomb-afstoting van twee protonen in grootte wordt vergeleken met de kracht van hun aantrekkingskracht, dan blijkt dat F N / F C= 10 -36 (Q 1 =Q 2 = e p; M 1 = =M 2 =m p). Daarom speelt de zwaartekracht geen rol van betekenis in de structuur van het atoom: die is te klein in vergelijking met de elektrostatische kracht.

Het is niet moeilijk om elektrische ladingen te detecteren en de interactie daartussen te meten. Als de elektrische kracht zo groot is, waarom is het dan niet belangrijk wanneer ze bijvoorbeeld vallen, springen, een bal gooien? Want in de meeste gevallen hebben we te maken met neutrale (ongeladen) instanties. Er zijn altijd veel geladen deeltjes (elektronen, ionen met verschillende tekens) in de ruimte. Onder invloed van een enorme (op atomaire schaal) aantrekkelijke elektrische kracht gecreëerd door een geladen lichaam, snellen geladen deeltjes naar zijn bron, kleven aan het lichaam en neutraliseren zijn lading.

GOLF OF DEELTJE? EN GOLF EN DEELTJE!

Het is heel moeilijk om te praten over atomaire en zelfs kleinere, subatomaire deeltjes, vooral omdat hun eigenschappen geen analogen hebben in ons dagelijks leven. Je zou kunnen denken dat de deeltjes waaruit zulke kleine atomen bestaan, gemakkelijk kunnen worden weergegeven als materiële punten. Maar alles bleek veel ingewikkelder.

Een deeltje en een golf... Het lijkt erop dat zelfs vergelijken zinloos is, ze zijn zo verschillend.

Waarschijnlijk, als je aan een golf denkt, stel je je allereerst een golf van het zeeoppervlak voor. Golven komen aan land vanaf de open zee, de golflengten - de afstanden tussen twee opeenvolgende toppen - kunnen verschillen. Het is gemakkelijk om golven met een lengte in de orde van enkele meters waar te nemen. Tijdens het roeren fluctueert uiteraard de watermassa. De golf beslaat een aanzienlijke ruimte.

De golf is periodiek in tijd en ruimte. Golflengte ( λ ) is een maat voor ruimtelijke periodiciteit. De periodiciteit van golfbewegingen in de tijd is zichtbaar in de frequentie van aankomst van golftoppen op de kust, en kan bijvoorbeeld worden gedetecteerd door de op en neergaande oscillatie van de vlotter. Laten we de periode van golfbeweging - de tijd waarin een golf passeert - met de letter aanduiden T. Het omgekeerde van de periode heet de frequentie ν = 1/T. De eenvoudigste golven (harmonische) hebben een bepaalde frequentie die niet verandert met de tijd. Elke complexe golfbeweging kan worden weergegeven als een reeks eenvoudige golven (zie "Science and Life" nr. 11, 2001). Strikt genomen neemt een eenvoudige golf een oneindige ruimte in beslag en bestaat voor onbepaalde tijd. Een deeltje, zoals we het ons voorstellen, en een golf zijn totaal verschillend.

Sinds de tijd van Newton is er een debat over de aard van licht. Wat is licht - een verzameling deeltjes (lichaampjes, van het Latijnse corpusculum- lichaam) of golven? Theorieën hebben lang geconcurreerd. De golftheorie won: de corpusculaire theorie kon de experimentele feiten (interferentie en diffractie van licht) niet verklaren. De golftheorie kon de rechtlijnige voortplanting van een lichtstraal gemakkelijk aan. Een belangrijke rol werd gespeeld door het feit dat de golflengte van lichtgolven volgens alledaagse begrippen erg klein is: het golflengtebereik van zichtbaar licht loopt van 380 tot 760 nanometer. korter elektromagnetische golven- ultraviolet, röntgen- en gammastraling, en langere - infrarood, millimeter, centimeter en alle andere radiogolven.

Tegen het einde van de 19e eeuw leek de overwinning van de golftheorie van het licht op de corpusculaire theorie definitief en onherroepelijk. De 20e eeuw bracht echter serieuze aanpassingen aan. Het leek licht of golven of deeltjes te zijn. Het bleek - zowel golven als deeltjes. Voor lichtdeeltjes, voor zijn quanta, zoals ze zeggen, werd een speciaal woord uitgevonden - "foton". Het woord "quantum" komt van het Latijnse woord quantum- hoeveel, en "foton" - van het Griekse woord foto's- licht. Woorden die de naam van de deeltjes aanduiden, hebben in de meeste gevallen het einde is hij. Verrassend genoeg gedraagt ​​licht zich in sommige experimenten als golven, terwijl het zich in andere als een stroom deeltjes gedraagt. Geleidelijk aan kon een theorie worden gebouwd die voorspelt hoe, in welk experiment, licht zich zal gedragen. Op dit moment wordt deze theorie door iedereen geaccepteerd, het verschillende gedrag van licht is niet langer verrassend.

De eerste stappen zijn altijd bijzonder moeilijk. Ik moest ingaan tegen de gevestigde opinie in de wetenschap, om uitspraken te doen die ketterij leken. Echte wetenschappers geloven oprecht in de theorie die ze gebruiken om de waargenomen verschijnselen te beschrijven. Het is erg moeilijk om de geaccepteerde theorie los te laten. De eerste stappen werden gezet door Max Planck (1858-1947) en Albert Einstein (1879-1955).

Volgens Planck-Einstein is het in afzonderlijke delen, quanta, dat licht wordt uitgezonden en geabsorbeerd door materie. De energie die door een foton wordt gedragen, is evenredig met zijn frequentie: E = h v. Evenredigheidsfactor h De constante van Planck is genoemd naar de Duitse natuurkundige die hem in 1900 introduceerde in de stralingstheorie. En al in het eerste derde deel van de 20e eeuw werd duidelijk dat de constante van Planck een van de belangrijkste wereldconstanten is. Uiteraard werd er zorgvuldig gemeten: h= 6.6260755.10 -34 J.s.

Een kwantum van licht - is het veel of weinig? De frequentie van zichtbaar licht is ongeveer 10 14 s-1. Bedenk dat de frequentie en golflengte van licht gerelateerd zijn aan de relatie ν = c/λ, waar met= 299792458.10 10 m/s (precies) - de lichtsnelheid in vacuüm. kwantumenergie hν, zoals gemakkelijk te zien is, is ongeveer 10 -18 J. Door deze energie kan een massa van 10-13 gram worden verhoogd tot een hoogte van 1 centimeter. Op mensenmaat, monsterlijk klein. Maar dit is de massa van 10 14 elektronen. In de microkosmos is de schaal totaal anders! Natuurlijk kan een persoon een massa van 10-13 gram niet voelen, maar het menselijk oog is zo gevoelig dat het individuele lichtquanta kan zien - dit werd bevestigd door een reeks subtiele experimenten. Onder normale omstandigheden onderscheidt een persoon de "korrel" van licht niet en ziet het als een continue stroom.

Wetende dat licht zowel een corpusculair als een golfkarakter heeft, is het gemakkelijker voor te stellen dat "echte" deeltjes ook golfeigenschappen hebben. Voor het eerst werd een dergelijke ketterse gedachte uitgedrukt door Louis de Broglie (1892-1987). Hij probeerde niet te achterhalen wat de aard van de golf was waarvan hij de kenmerken had voorspeld. Volgens zijn theorie, een deeltje van massa m, vliegen met een snelheid v, komt overeen met een golf met golflengte l = hmv en frequentie ν = E/h, waar E = mv 2 /2 - deeltjesenergie.

Verdere ontwikkeling van de atoomfysica leidde tot een begrip van de aard van golven die de beweging van atomaire en subatomaire deeltjes beschrijven. Er ontstond een wetenschap die "kwantummechanica" werd genoemd (in de beginjaren werd het vaak golfmechanica genoemd).

Kwantummechanica is van toepassing op de beweging van microscopisch kleine deeltjes. Bij het beschouwen van de beweging van gewone lichamen (bijvoorbeeld details van mechanismen), heeft het geen zin om rekening te houden met kwantumcorrecties (correcties vanwege de golfeigenschappen van materie).

Een van de manifestaties van de golfbeweging van deeltjes is hun afwezigheid van een baan. Voor het bestaan ​​van een traject is het nodig dat het deeltje op elk moment een bepaalde coördinaat en een bepaalde snelheid heeft. Maar dit is precies wat de kwantummechanica verbiedt: een deeltje kan niet tegelijkertijd een bepaalde waarde van de coördinaat hebben X en een bepaalde snelheidswaarde v. hun onzekerheden Dx en dv zijn gerelateerd door de onzekerheidsrelatie ontdekt door Werner Heisenberg (1901-1974): D X D v ~ u/m, waar m is de massa van het deeltje, en h- De constante van Planck. De constante van Planck wordt vaak het universele "actie"-kwantum genoemd. Zonder de term te specificeren actie, let op het epitheton universeel. Hij benadrukt dat de onzekerheidsrelatie altijd waar is. Als we de bewegingsvoorwaarden en de massa van het deeltje kennen, is het mogelijk om in te schatten wanneer het nodig is om rekening te houden met de kwantumwetten van beweging (met andere woorden, wanneer de golfeigenschappen van deeltjes en hun gevolg, de onzekerheidsrelaties, niet worden verwaarloosd), en wanneer het heel goed mogelijk is om de klassieke bewegingswetten te gebruiken. We benadrukken dat als het mogelijk is, het ook nodig is, aangezien klassieke mechanica veel eenvoudiger is dan kwantummechanica.

Merk op dat de constante van Planck wordt gedeeld door de massa (ze zijn opgenomen in combinaties u/m). Hoe groter de massa, hoe kleiner de rol van kwantumwetten.

Om te voelen wanneer het zeker mogelijk is om kwantumeigenschappen te verwaarlozen, zullen we proberen de grootheden van de onzekerheden D . te schatten X en D v. Als D X en D v verwaarloosbaar zijn in vergelijking met hun gemiddelde (klassieke) waarden, beschrijven de formules van de klassieke mechanica perfect de beweging, zo niet klein, dan is het noodzakelijk om kwantummechanica te gebruiken. Het heeft geen zin rekening te houden met kwantumonzekerheid, ook niet wanneer andere oorzaken (in het kader van de klassieke mechanica) tot grotere onzekerheid leiden dan de Heisenberg-relatie.

Laten we een voorbeeld bekijken. Houd in gedachten dat we de mogelijkheid willen laten zien om klassieke mechanica te gebruiken, overweeg een "deeltje" met een massa van 1 gram en een grootte van 0,1 millimeter. Op menselijke schaal is dit een korrel, een licht, klein deeltje. Maar het is 10 24 keer zwaarder dan een proton en een miljoen keer groter dan een atoom!

Laat "ons" graan bewegen in een vat gevuld met waterstof. Als het graan snel genoeg vliegt, lijkt het ons dat het met een bepaalde snelheid in een rechte lijn beweegt. Deze indruk is onjuist: door de impact van waterstofmoleculen op een korrel, verandert de snelheid ervan bij elke impact enigszins. Laten we schatten hoeveel.

Laat de temperatuur van waterstof 300 K zijn (we meten de temperatuur altijd op een absolute schaal, op de Kelvin-schaal; 300 K = 27 o C). De temperatuur in kelvin vermenigvuldigen met de Boltzmann-constante k B , = 1.381,10 -16 J/K, we zullen het uitdrukken in energie-eenheden. De verandering in korrelsnelheid kan worden berekend met behulp van de wet van behoud van momentum. Bij elke botsing van een korrel met een waterstofmolecuul verandert de snelheid met ongeveer 10-18 cm / s. De verandering is volledig willekeurig en in een willekeurige richting. Daarom is het natuurlijk om de waarde van 10 -18 cm/s te beschouwen als een maat voor de klassieke onzekerheid van de korrelsnelheid (D v) cl voor dit geval. Dus (D v) cl \u003d 10 -18 cm / s. Het is blijkbaar erg moeilijk om de locatie van een korrel te bepalen met een nauwkeurigheid groter dan 0,1 van zijn grootte. Laten we accepteren (D X) cl \u003d 10 -3 cm Ten slotte, (D X) cl (D v) cl \u003d 10 -3.10 -18 \u003d 10 -21. Het lijkt om een ​​heel klein bedrag te gaan. In ieder geval zijn de onzekerheden van snelheid en positie zo klein dat men de gemiddelde beweging van een korrel kan beschouwen. Maar vergeleken met de kwantumonzekerheid gedicteerd door de Heisenberg-relatie (D X D v= 10 -27), is de klassieke inhomogeniteit enorm - in dit geval overschrijdt ze deze met een miljoen keer.

Conclusie: bij het beschouwen van de beweging van een korrel is het niet nodig om rekening te houden met zijn golfeigenschappen, dat wil zeggen met het bestaan ​​van een kwantumonzekerheid van coördinaten en snelheid. Als het gaat om de beweging van atomaire en subatomaire deeltjes, verandert de situatie dramatisch.

keer bekeken


Dit vind je misschien ook leuk

Businessplan massagesalon

Businessplan massagesalon

0
Volmacht om de telefoon Rostelecom-voorbeeld uit te schakelen

Volmacht om de telefoon Rostelecom-voorbeeld uit te schakelen

0
Hoe een schoenenwinkel helemaal opnieuw openen?

Hoe een schoenenwinkel helemaal opnieuw openen?

0