Het kleinste deeltje in het heelal is de naam. Proloog

Doctor in de fysische en wiskundige wetenschappen M. KAGANOV.

Volgens een lange traditie vertelt het tijdschrift "Science and Life" over de nieuwste prestaties van de 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 in ieder geval nodig in algemeen overzicht kennis 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 er meer over te weten te komen: populair-wetenschappelijke literatuur wordt praktisch niet meer gepubliceerd. Daarom vroegen we de oude auteur van het tijdschrift M.I.Kaganov om te praten over atomen en elementaire deeltjes en over de wetten die ze beheersen, over wat materie is. Moisei Isaakovich Kaganov is een theoretisch natuurkundige, auteur en co-auteur van enkele honderden werken over de kwantumtheorie van vaste stoffen, de theorie van metalen en magnetisme. Hij was een vooraanstaand onderzoeker bij het Instituut voor Lichamelijke Problemen. P.L. Kapitsa en professor aan de Staatsuniversiteit van Moskou. MV Lomonosov, lid van de redacties van de tijdschriften "Priroda" en "Kvant". Auteur van vele populair-wetenschappelijke artikelen en boeken. Nu woont hij in Boston (VS).

Wetenschap en leven // Illustraties

De Griekse filosoof Democritus was de eerste die het woord "atoom" uitsprak. Volgens zijn leer zijn atomen ondeelbaar, onverwoestbaar en constant in beweging. Ze zijn oneindig divers, hebben holtes en uitstulpingen, die 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 doctrine van radioactiviteit en de theorie van de atomaire structuur.

Op de foto: het oppervlak van een wolfraamkristal, 10 miljoen keer vergroot; elk helder punt is zijn afzonderlijke 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.c) en energie evenredig met de frequentie van straling: E ​​= hn.

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.

Experimenten met diffractie bevestigden op overtuigende wijze de theorie van de Broglie, die beweerde 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 kan ze gemakkelijk in de zak steken. Atoomdeeltjes zijn veel ingewikkelder. 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 lantaarns niet storen, is de lucht gevuld met helder schijnende sterren. U hoeft niet te zoeken naar bekende sterrenbeelden 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. Inmiddels 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 baby-aarde zich in een willekeurig, schijnbaar ongeselecteerd gebied van grenzeloze (letterlijk!) Ruimte beweegt.

Maar het leven begon op aarde. Het ontwikkelde zich zo succesvol dat het in staat was een persoon voort te brengen die in staat was de wereld om hem heen te begrijpen, de wetten die de natuur beheersen te zoeken en te vinden. De prestaties van de mensheid op het gebied van kennis van de natuurwetten zijn zo indrukwekkend dat men 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. Even opvallend is dat alles is opgebouwd uit deeltjes van slechts drie typen - elektronen, protonen en neutronen.

Om, met behulp van de basiswetten van de natuur, de waarneembare dingen 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. Het is noodzakelijk om te proberen nieuwe feiten te begrijpen, onbekende verschijnselen die op het eerste gezicht niet overeenkomen met de bestaande ervaring.

Prestaties van de wetenschap leiden vaak tot het idee dat daarvoor "niets heiligs is": wat gisteren waar was, wordt vandaag verworpen. Met kennis ontstaat inzicht in hoe angstig de wetenschap zich verhoudt tot elke korrel van verzamelde ervaring, met welke voorzichtigheid ze vooruitgaat, vooral in die gevallen waarin het nodig is ingesleten ideeën op te geven.

Het doel van dit verhaal is om kennis te maken met de fundamentele kenmerken van de structuur van anorganische stoffen. Ondanks de eindeloze variëteit is hun structuur relatief eenvoudig. Vooral als je ze vergelijkt met elk, 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 vatten: 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, wat ons omringt, is immens. 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 lijken solide en de tastzin bevestigt wat de ogen zien. Het lijkt erop dat er geen uitzonderingen zijn. Stromend water en massief metaal, dus niet van elkaar, lijken in één ding op elkaar: zowel metaal als water zijn solide. Toegegeven, zout of suiker kan worden opgelost in water. Ze vinden een plekje voor zichzelf in het water. En in een vaste stof, bijvoorbeeld in houten bord, je kunt een spijker inrijden. Met een merkbare inspanning kunt u ervoor zorgen dat de plaats die door de boom werd ingenomen, wordt ingenomen door een ijzeren spijker.

We weten heel goed: je kunt een klein stukje van een massief lichaam afbreken, je kunt bijna elk materiaal slijpen. Soms is het moeilijk, soms gebeurt het spontaan, zonder onze deelname. Stel je voor dat we op het strand zijn, op het zand. We begrijpen dat een zandkorrel verre van het kleinste materiedeeltje is waaruit zand bestaat. Als je het probeert, kun je de zandkorrels verkleinen, bijvoorbeeld door het door de rollen te leiden - door twee cilinders van zeer hard metaal. Eenmaal tussen de walsen wordt de zandkorrel in kleinere stukjes vermalen. In feite is dit hoe meel wordt gemaakt van graan in molens.

Nu het atoom stevig onze perceptie van de wereld is binnengedrongen, is het heel moeilijk voor te stellen dat mensen niet wisten of het fragmentatieproces beperkt was of dat de stof voor onbepaalde tijd kon worden verpletterd.

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, ongeacht de fractie van de stof, het in nog kleinere delen kan worden verdeeld - er is geen limiet. Anderen spraken het idee uit dat er de kleinste ondeelbare deeltjes zijn, waaruit alles bestaat. Om te benadrukken dat deze deeltjes de grens van fragmentatie zijn, noemden ze ze atomen (in het oud-Grieks betekent het woord "atoom" ondeelbaar).

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

Het punt is dat atomen erg klein zijn. Ze zijn niet alleen met een eenvoudig oog te zien, maar bijvoorbeeld ook met een microscoop die 1000 keer vergroot. Laten we er eens over nadenken: wat is de grootte van de kleinste deeltjes die je kunt zien? Hebben verschillende mensen andere visie, maar waarschijnlijk zal iedereen het erover eens zijn dat het onmogelijk is om een ​​deeltje te zien dat kleiner is dan 0,1 millimeter. Daarom is het met behulp van een microscoop mogelijk, zij het met moeite, om deeltjes van ongeveer 0,0001 millimeter of 10-7 meter te zien. Als we de afmetingen van atomen en interatomaire afstanden (10 -10 meter) vergelijken met de lengte, die we accepteerden als de limiet van de mogelijkheid om te zien, zullen we begrijpen waarom elke substantie ons continu lijkt te zijn.

2500 jaar is een lange tijd. Wat er ook in de wereld gebeurde, er waren altijd mensen die voor zichzelf probeerden te antwoorden op de vraag hoe de wereld om hen heen werkt. Soms maakten de problemen van de structuur van de wereld zich meer zorgen, soms minder. De geboorte van wetenschap in zijn moderne betekenis vond relatief recent plaats. Wetenschappers hebben geleerd om experimenten op te zetten - om vragen te stellen aan de natuur en de antwoorden ervan te begrijpen, om theorieën te creëren die de resultaten van experimenten beschrijven. Theorieën vereisten rigoureuze wiskundige methoden om tot betrouwbare conclusies te komen. 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 wat en hoe alles is gebouwd - de objecten om ons heen, lichamen en onszelf.

Zoals eerder vermeld, zijn alle stoffen samengesteld 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 nogal eentonig.

Een consistente beschrijving van hoe verschillende soorten stoffen zijn opgebouwd, is een complexe wetenschap. Ze gebruikt serieuze wiskunde. Benadrukt moet worden dat er geen andere, eenvoudige theorie is. Maar de fysische 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, kunnen nog steeds 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 SCHEIDEN EN HERKENNEN

Het lijkt erop dat de meest natuurlijke manier om te begrijpen hoe een bepaald complex apparaat (speelgoed of mechanisme) werkt, is om het uit elkaar te halen en in zijn samenstellende delen te ontleden. Je moet gewoon heel voorzichtig zijn en onthouden dat het veel moeilijker zal zijn om te vouwen. "Breuken is niet bouwen" - zegt volkswijsheid. En nog een ding: waar het apparaat uit bestaat, begrijpen we misschien, maar hoe het werkt is onwaarschijnlijk. Soms is het de moeite waard om één schroef los te draaien, en dat is het - het apparaat stopte met werken. Het is niet zozeer nodig om te demonteren, maar om te begrijpen.

Omdat het komt niet over de feitelijke ontbinding van alle objecten, dingen, organismen om ons heen, maar over het imaginaire, dat wil zeggen over mentale, en niet over echte, ervaring, dan hoef je je geen zorgen te maken: je hoeft niet te verzamelen . Laten we ook niet beknibbelen op onze inspanningen. Laten we er niet aan denken 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 verder gaan door meer moeite te doen? 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 toch niet allemaal. Kijkend naar het juiste naslagwerk, 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 sub-elementaire deeltjes - de deeltjes waaruit de elementaire deeltjes zelf bestaan. Zo ontstond het idee van quarks. Ze hebben de verbazingwekkende eigenschap dat ze blijkbaar niet bestaan ​​in een vrije staat. Er zijn veel 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 sub-elementaire deeltjes onbeduidend. Elektronen, protonen en neutronen zijn direct betrokken bij de constructie van stoffen - alles is alleen van hen gebouwd.

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

Ten eerste moeten elementaire deeltjes het vermogen hebben om te combineren tot een verscheidenheid aan structuren.

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

Ten derde zou ik willen dat de details zelf niet te veel zijn. Als we naar de bouwstenen kijken, kunnen we zien hoeveel 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

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

De grootte van de lading wordt gegeven in hangers, de massa is 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. En het proton en het elektron hebben dezelfde lading, maar tegengesteld van teken. Het elektron is negatief geladen en het proton is positief.

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 in vergelijking met de grootte van atomen zijn protonen en neutronen monsterlijk klein (ongeveer 10-16 meter).

In feite komt dit korte gedeelte neer op het presenteren van elektronen, protonen en neutronen als de bouwstenen 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 wordt uitgevoerd, die de deeltjes dwingt om te combineren tot complexere structuren en wat deze structuren zijn.

ATOM IS DE GEMAKKELIJKSTE VAN 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. Redelijke rangschikking van atomen is de verdienste van D.I. Mendelejev (1834-1907), die de periodieke wet formuleerde die zijn naam draagt. Als we ons tijdelijk abstraheren van het bestaan ​​van perioden, dan is het principe van de rangschikking van de elementen uiterst eenvoudig: ze zijn sequentieel gerangschikt volgens het gewicht van de atomen. De lichtste is een waterstofatoom. Het laatste natuurlijke (niet kunstmatig gecreëerde) atoom is uranium, 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 alle massa van een atoom geconcentreerd is in zijn kern - een klein (zelfs in vergelijking met een atoom) gebied in de ruimte: de straal van de kern is ongeveer 100 duizend keer kleiner dan de grootte van een atoom. Toen Rutherford zijn experimenten uitvoerde, 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 zoals bouwmateriaal kernen, kreeg de algemene naam - nucleons (uit het Latijn kern - kern). We zullen deze naam gebruiken.

Het aantal nucleonen in de kern wordt meestal aangegeven met de letter EEN... 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 EEN heet atomaire massa, en Z- atoomnummer. Atomen met dezelfde atoomnummers worden isotopen genoemd: in het periodiek systeem bevinden ze zich in dezelfde cel (in het Grieks iso's - Gelijk , topos - plaats). Het feit is dat Chemische eigenschappen isotopen zijn bijna identiek. Als je het periodiek systeem zorgvuldig bekijkt, kun je ervoor zorgen 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-- ik straal, actief- actief), ze vervallen en zenden verschillende straling 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 vergelijkbaar geladen lichamen van elkaar afstoten en tegengesteld geladen lichamen naar elkaar toe trekken (bijvoorbeeld de ballen van een elektroscoop) .

Het atoom is stabiel. Daardoor bewegen 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).

Laten we eerst kijken naar het systeem van elektronen van een atoom.

V Zonnestelsel planeten worden door de zwaartekracht naar de zon getrokken. In het atoom werkt een elektrostatische kracht. Het wordt vaak Coulomb genoemd ter ere van 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 aantrekken of afstoten met een kracht gelijk aan F C = Q 1 Q 2 /R 2 , waar R- de afstand tussen 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). Onder de meest uiteenlopende uitspraken zijn er maar weinig die net zo terecht een wet worden genoemd als de wet van Coulomb: het toepassingsgebied ervan 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.

EEN RETREAT OP ZWAARTEKRACHT

Een persoon maakt in de vroege kinderjaren kennis met de zwaartekracht. Als hij valt, leert hij de zwaartekracht op 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 universele zwaartekracht genoemd, en benadrukt de universele aard ervan. Stroom F N bepaalt de beweging van sterrenstelsels, hemellichamen en de val van objecten op 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 zijn geïntroduceerd door Einsteins algemene relativiteitstheorie (1879-1955).

Zowel de elektrostatische kracht van Coulomb als de zwaartekracht van Newton zijn hetzelfde (als 1 / R 2) afnemen met toenemende afstand tussen 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 (atomaire schaal) aantrekkelijke elektrische kracht gecreëerd door een geladen lichaam, snellen geladen deeltjes naar de bron, kleven aan het lichaam en neutraliseren de 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 ​​gemakshalve worden beschouwd als materiële punten. Maar alles bleek veel ingewikkelder.

Een deeltje en een golf ... Het lijkt zelfs zinloos om te vergelijken, ze zijn zo verschillend.

Waarschijnlijk, als je aan een golf denkt, stel je je allereerst een golvend zeeoppervlak voor. Golven komen van de open zee naar de kust, golflengten - de afstand tussen twee opeenvolgende toppen - kunnen verschillen. Het is gemakkelijk om golven met een lengte in de orde van enkele meters waar te nemen. Bij golven fluctueert uiteraard de watermassa. De golf beslaat een aanzienlijk gebied.

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 naar de kust, en kan bijvoorbeeld worden gedetecteerd door de oscillatie van de vlotter op en neer. Laten we de periode van de 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 in 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 oneindig veel ruimte in beslag en bestaat hij oneindig lang. Het deeltje, zoals we het ons voorstellen, en de golf zijn absoluut verschillend.

Sinds de tijd van Newton is er een debat over de aard van licht. Wat licht is, is een verzameling deeltjes (lichaampjes, van het Latijn 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 lengte van lichtgolven in alledaagse termen erg klein is: het golflengtebereik van zichtbaar licht loopt van 380 tot 760 nanometer. Kortere elektromagnetische golven - ultraviolet, röntgenstralen en gammastralen, en langer - 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 twintigste eeuw heeft echter serieuze aanpassingen gemaakt. Het leek op licht of golven of deeltjes. 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. Deeltjesnamen eindigen meestal met 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, het 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 echt in de theorie die ze gebruiken om de waargenomen verschijnselen te beschrijven. Het is erg moeilijk om de geaccepteerde theorie te verwerpen. 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. beeldverhouding H noemde de constante van Planck naar de Duitse natuurkundige die hem in 1900 in de stralingstheorie introduceerde. En al in het eerste derde deel van de twintigste 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.

Is een kwantum van licht veel of weinig? De frequentie van zichtbaar licht is in de orde van 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 snelheid van het licht in een vacuüm. Quantum energie Hν is, zoals gemakkelijk te zien is, in de orde van grootte van 10 -18 J. Door deze energie kan een massa van 10-13 gram worden verhoogd tot een hoogte van 1 centimeter. Op menselijke schaal is het monsterlijk klein. Maar dit is een massa van 10 14 elektronen. In de microwereld totaal andere schalen! 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 - we waren hiervan overtuigd door een reeks subtiele experimenten uit te voeren. V normale omstandigheden een persoon onderscheidt de "korreligheid" 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 is, waarvan hij de kenmerken voorspelde. Volgens zijn theorie, een deeltje van massa m vliegen met een snelheid v, komt overeen met een golf met een golflengte l = hmv en frequentie ν = E/H, waar E = mv 2/2 is de energie van het deeltje.

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 vaker 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. Om de baan te laten bestaan, is het noodzakelijk 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 coördinaatwaarde hebben x en een bepaalde snelheidswaarde v... hun onzekerheden Dx en Dv gerelateerd aan de onzekerheidsrelatie ontdekt door Werner Heisenberg (1901-1974): D x D v ~ h / 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 bewegingsomstandigheden 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 kunnen worden verwaarloosd, en wanneer het heel goed mogelijk is om de klassieke bewegingswetten te gebruiken. We benadrukken: als het kan, dan is het nodig, aangezien klassieke mechanica veel eenvoudiger is dan kwantummechanica.

Let op het feit dat de constante van Planck wordt gedeeld door de massa (ze zijn opgenomen in de combinatie u / m). Hoe groter de massa, hoe minder 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 redenen (in het kader van de klassieke mechanica) tot grotere onzekerheid leiden dan de Heisenberg-relatie.

Laten we eens naar een voorbeeld kijken. 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 het een korrelig, 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 een korrel 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 een Kelvin-schaal; 300 K = 27 o С). Door de temperatuur in Kelvin te vermenigvuldigen met de Boltzmann-constante k B, = 1.381,10 -16 J / K, we zullen het uitdrukken in energie-eenheden. De verandering in de snelheid van een korrel 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 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 = 10 -18 cm/s. De locatie van de korrel is blijkbaar erg moeilijk te bepalen met een nauwkeurigheid groter dan 0,1 van zijn grootte. We nemen (D x) cl = 10 -3 cm Ten slotte, (D x) cl (D v) cl = 10 -3 .10 -18 = 10 -21. Het lijkt een zeer kleine waarde. In ieder geval zijn de onzekerheden in de snelheid en coördinaten zo klein dat de gemiddelde beweging van de korrel kan worden beschouwd. Maar vergeleken met de kwantumonzekerheid gedicteerd door de Heisenberg-relatie (D x D v= 10 -27), is de klassieke heterogeniteit enorm - in dit geval overschrijdt het deze met een factor een miljoen.

Conclusie: gezien 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.

Het antwoord op de oneindige vraag: wat is het kleinste deeltje in het heelal dat samen met de mensheid is 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, aangezien 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 de quarks zit en dat de meest fundamentele laag materie of het kleinste deeltje in het heelal zal worden 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 verbazingwekkende verbinding, andere verdampen elkaar in wezen, velen van hen hebben fantastische namen: quarks bestaande uit baryonen en mesonen, neutronen en protonen, nucleonen, hyperonen, mesonen, baryonen, nucleonen, fotonen, enz. .d.

Het Higgs-deeltje, een deeltje dat zo belangrijk is voor de wetenschap dat het het 'deeltje van God' 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. Met hulp van 14 maart 2013 werd de bevestiging van het bestaan ​​van het Higgs Boson officieel bekend gemaakt.

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

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

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

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

Supersymmetrie

Het is bekend dat de fundamentele 'bouwstenen' van materie, fermionen, quarks en leptonen zijn, en dat de hoeders van de bosonkracht fotonen en gluonen zijn. De supersymmetrietheorie zegt dat fermionen en bosonen in elkaar kunnen veranderen.

De voorspelde theorie stelt dat voor elk deeltje dat we kennen, er een verwant is dat we nog niet hebben ontdekt. Voor een elektron is dit bijvoorbeeld een selecron, een quark is een squark, een foton is een foto en een Higgs is een Higgsino.

Waarom zien we deze supersymmetrie nu niet in het heelal? Wetenschappers geloven dat ze veel zwaarder zijn dan hun normale broer of zus, 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.

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

Neutrino

Neutrino's zijn lichte subatomaire deeltjes die overal met bijna de lichtsnelheid zoeven. 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 van kosmische straling die in wisselwerking staat 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 is een van de duurste stoffen ter wereld die mensen 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.

Snaren 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 strengen energie zijn. Dat wil zeggen, alle objecten in onze wereld zijn samengesteld uit trillende draden en membranen van energie. Niets kan oneindig dicht bij de draad zijn, omdat het ene deel altijd een beetje 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. Het ontbreekt wetenschappers echter nog steeds aan experimenteel bewijs dat de snaartheorie correct is.

Een andere manier om het puntprobleem op te lossen, is te zeggen dat de ruimte zelf niet continu en vloeiend is, maar in feite bestaat uit discrete pixels of korrels, ook wel een ruimte-tijdstructuur genoemd. In dit geval zullen de twee deeltjes elkaar niet oneindig kunnen naderen, omdat ze altijd gescheiden moeten zijn. minimale maat korrels ruimte.

Zwart gat punt

Een andere kanshebber voor de titel van het kleinste deeltje in het heelal is de singulariteit (single point) in het centrum van het zwarte gat. Zwarte gaten worden gevormd wanneer materie condenseert in een ruimte die klein genoeg is om door de zwaartekracht te worden gegrepen, waardoor 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 denken niet dat zwarte gaten echt oneindig dicht zijn. Ze geloven dat deze oneindigheid het resultaat is van een intern conflict tussen twee bestaande theorieën - de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica. Ze speculeren dat wanneer een theorie van kwantumzwaartekracht kan worden geformuleerd, de ware aard van zwarte gaten zal worden onthuld.

Plank lengte

De draden van energie en zelfs het kleinste deeltje in het heelal kunnen de grootte van de "staaflengte" blijken te zijn.

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

Planck-lengte is de "natuurlijke eenheid" van lengtemeting, die werd voorgesteld door de Duitse natuurkundige Max Planck.

De Planck-lengte is te kort voor elk instrument om te meten, maar daarbuiten wordt het beschouwd als de theoretische limiet van de kortst meetbare lengte. Volgens het onzekerheidsprincipe zou geen enkel instrument ooit iets minder mogen 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.

Het is nu duidelijk dat het kleinste deeltje in het heelal ongeveer de grootte van een staaf heeft: 1,6 · 10 −35 meter

conclusies

Van school 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 2,82 x 10 -15 m is.

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

Deze wereld is vreemd gerangschikt: sommige liefdes streven ernaar iets monumentaals en gigantisch te creëren om beroemd te worden over de hele wereld en de geschiedenis in te gaan, terwijl anderen - minimalistische kopieën maken van gewone dingen en de wereld er niet minder mee verbazen. Deze recensie bevat de kleinste objecten die ter wereld bestaan ​​en zijn tegelijkertijd niet minder functioneel dan hun tegenhangers op ware grootte.

1. Pistool SwissMiniGun

SwissMiniGun is niet groter dan een gewone sleutel, maar kan kleine kogels afvuren die met snelheden van meer dan 430 km/u uit de loop schieten. Dit is meer dan genoeg om een ​​persoon van dichtbij te doden.

2. Autoschil 50

Met een gewicht van slechts 69 kg is de Peel 50 het kleinste weglegale voertuig ooit. Deze driewielige "pepelats" konden een snelheid bereiken van 16 km/u.

3. Kalou-school

UNESCO erkende de Iraanse Kalou-school als de kleinste ter wereld. Het heeft slechts 3 studenten en voormalig soldaat Abdul-Muhammad Sherani, die nu leraar is.

4. Een waterkoker van 1,4 gram

Het is gemaakt door de keramiekmeester Wu Ruishen. Hoewel deze theepot slechts 1,4 gram weegt en op je vingertop past, kun je er thee in zetten.

5. Sark-gevangenis

De Sark-gevangenis werd in 1856 op de Kanaaleilanden gebouwd. Het bood plaats aan slechts 2 gevangenen, die bovendien in zeer krappe omstandigheden verkeerden.

6. Tumbleweed

Dit huis kreeg de naam "Perakati-field" (Tumbleweed). Het werd gebouwd door Jay Schafer uit San Francisco. Hoewel het huis kleiner is dan de kleerkasten van sommige mensen (slechts 9 vierkante meters), het heeft werkplek, slaapkamer en badkamer met douche en toilet.

7. Mills End Park

Mills End Park in Portland is het kleinste park ter wereld. De diameter is slechts ... 60 centimeter. Dat gezegd hebbende, het park heeft een vlinderzwembad, een miniatuur reuzenrad en kleine standbeelden.

8. Edward Niño Hernandez

De groei van Edward Niño Hernandez uit Colombia is slechts 68 centimeter. Het Guinness Book of Records erkende hem als de kleinste persoon ter wereld.

9. Politiebureau in een telefooncel

In wezen is het niet groter dan een telefooncel. Maar het was eigenlijk een functionerend politiebureau in Carabella, Florida.

10. Sculpturen van Willard Wigan

De Britse beeldhouwer Willard Wigan, die last had van dyslexie en slechte schoolprestaties, vond troost in het maken van miniatuurkunstwerken. Zijn sculpturen zijn nauwelijks zichtbaar voor het blote oog.

11. De bacterie Mycoplasma Genitalium

12. Varkenscircovirus

Hoewel er nog steeds discussie is over wat als "levend" kan worden beschouwd en wat niet, classificeren de meeste biologen een virus niet als een levend organisme vanwege het feit dat het zich niet kan voortplanten of geen metabolisme heeft. Het virus kan echter veel kleiner zijn dan enig levend organisme, inclusief bacteriën. De kleinste is een enkelstrengs DNA-virus dat varkenscircovirus wordt genoemd. De grootte is slechts 17 nanometer.

13. Amoebe

Het kleinste object dat met het blote oog zichtbaar is, is ongeveer 1 millimeter groot. Dit betekent dat een persoon onder bepaalde omstandigheden een amoebe, ciliaatschoen en zelfs een menselijk ei kan zien.

14. Quarks, leptonen en antimaterie ...

In de afgelopen eeuw hebben wetenschappers bereikt: groot succes in het begrijpen van de uitgestrektheid van de ruimte en de microscopische "bouwstenen" waaruit het is samengesteld. Toen het erop aankwam om uit te zoeken wat het kleinste waarneembare deeltje in het universum is, kwamen mensen in moeilijkheden. Op een gegeven moment dachten ze dat het een atoom was. Toen ontdekten wetenschappers een proton, een neutron en een elektron.

Maar daar bleef het niet bij. Iedereen weet tegenwoordig dat wanneer deze deeltjes tegen elkaar worden geduwd op plaatsen zoals de Large Hadron Collider, ze kunnen worden verbrijzeld in nog kleinere deeltjes, zoals quarks, leptonen en zelfs antimaterie. Het probleem is dat het onmogelijk is om te bepalen wat de kleinste is, omdat de grootte op kwantumniveau onbeduidend wordt, net zoals alle gebruikelijke regels van de natuurkunde niet van toepassing zijn (sommige deeltjes hebben geen massa, terwijl andere zelfs een negatieve massa hebben) .

15. Trillende snaren van subatomaire deeltjes

Gezien wat hierboven werd gezegd over het feit dat het concept van grootte er op kwantumniveau niet toe doet, kun je denken aan snaartheorie. Het is een enigszins controversiële theorie dat alle subatomaire deeltjes bestaan ​​uit trillende snaren die op elkaar inwerken om dingen als massa en energie te creëren. Dus, aangezien deze strings technisch gezien geen fysieke grootte hebben, kan worden gesteld dat ze in zekere zin de "kleinste" objecten in het universum zijn.

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 turbulente rivieren en grenzeloze zee-ruimtes. Schitterende toppen van majestueuze bergen en weelderige alpenweiden. Ochtenddauw en nachtegaaltriller bij dageraad. Een geurige roos en het stille geruis van een beek. Een brandende zonsondergang en zacht geritsel van een berkenbos...

Is het mogelijk om iets mooiers te bedenken dan de wereld om ons heen?! Sterker en indrukwekkender? En tegelijkertijd kwetsbaarder en teder? Dit alles is de wereld waar we ademen, liefhebben, verheugen, verheugen, lijden en verdrietig ... 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 gevarieerder en complexer dan het op het eerste gezicht lijkt. We weten dat weelderige weiden er niet zouden zijn geweest zonder een fantastische rel van eindeloze ronde dans van flexibel groen gras, weelderige bomen gekleed in smaragdgroene gewaden - zonder veel bladeren aan hun takken en gouden stranden - zonder talloze glinsterende zandkorrels die knarsten onder blote voeten in de stralen van de zachte zomerzon. Het grote bestaat altijd uit het kleine. Klein - van nog kleiner. En er is waarschijnlijk geen limiet aan deze reeks.

Daarom zijn graskorrels en zandkorrels op hun beurt samengesteld uit moleculen die zijn gevormd uit atomen. Atomen bevatten, zoals u weet, elementaire deeltjes - elektronen, protonen en neutronen. Maar zij, zoals men gelooft, zijn niet de laatste instantie. De moderne wetenschap beweert dat protonen en neutronen bijvoorbeeld zijn samengesteld uit hypothetische energiebundels - quarks. Er is een aanname dat er een nog kleiner deeltje is - preon, dat nog steeds onzichtbaar, onbekend, maar verondersteld wordt.

De wereld van moleculen, atomen, elektronen, protonen, neutronen, fotonen, enz. het is gebruikelijk om te bellen microwereld... Hij is de basis macrokosmos- de wereld van de mens en waarden die daarmee in overeenstemming zijn op onze planeet en megawereld- de wereld van sterren, sterrenstelsels, het heelal en de ruimte. 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. De eerste reis " en we hebben al een idee van verre sterrenstelsels en het heelal. Op die onveilige reis ontdekten we de wereld van donkere materie en donkere energie, leerden we de diepten van zwarte gaten kennen, bereikten we de toppen van sprankelende quasars en ontsnapten we op wonderbaarlijke wijze aan de oerknal en niet minder grote compressie. 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 zware 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, heel weinig weet over deze wereld en over haar vertegenwoordigers.

Het is onmogelijk om de moderne wetenschap van de microwereld voor te stellen zonder het elektron, proton of neutron te noemen. In elk referentiemateriaal over natuurkunde of scheikunde zullen we hun massa vinden met een nauwkeurigheid van de negende decimaal, hun elektrische lading, levensduur, enz. 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 (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 enkele twijfels naar binnen, die met alle verlangen niet helemaal weg kunnen worden gejaagd. Het bepalen van de massa van een elektron gelijk aan een miljard - miljard - miljardste deel van een kilogram, en zelfs wegen tot op de negende decimaal is, denk ik, niet eenvoudig, net als het meten van de levensduur van een elektron op 4.600.000.000.000.000.000.000.000 jaar .

Bovendien heeft nog nooit iemand dit elektron gezien. Met de modernste microscopen kun je alleen een elektronenwolk rond de kern van een atoom zien, waarbinnen, zoals wetenschappers denken, een elektron met grote snelheid beweegt (Fig. 1). We weten nog niet precies 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 maar gissen en gissen. Helaas zijn dit vandaag al onze mogelijkheden.

Rijst. 1. Foto van elektronenwolken, verkregen 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 het atoom van elke stof bestaat. En als onze technische middelen studies van de microkosmos laten ons nog niet toe om deeltjes en atomen te zien, misschien beginnen we met iets b O steeds bekender? Bijvoorbeeld met een molecuul! Het is opgebouwd uit atomen. Een molecuul is een groter en begrijpelijker object, dat waarschijnlijk dieper zal worden 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 beoogde structuur. We kunnen ook 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 maakte het mogelijk om slechts vijf ringen te zien die de structuur van deze koolwaterstof bepalen, evenals vlekken van individuele koolstof- en waterstofatomen (Fig. 2). En dit is alles wat we kunnen doen voor nu ...

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 door chemische wetenschappers is gekozen, en dat de samenstelling en structuur van moleculen beschrijft, niet langer twijfelachtig is, maar aan de andere kant kunnen we alleen maar raden dat

Hoe gebeurt immers de combinatie van atomen in een molecuul, 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 gaan een proton en een neutron in dezelfde ruimte met elkaar om en waarom stoten ze er een elektron uit?

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

Mijn allereerste pogingen om de geheimen van de microwereld te doorgronden stuitten op een nogal oppervlakkige weergave door de moderne wetenschap van veel fundamentele kennis over de structuur van de objecten van de microwereld, 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 opvattingen over wat er feitelijk gebeurt in het proces van splijting van een atoomkern, welke gebeurtenissen zich kunnen voordoen tijdens een lang verloop van dit proces.

De studie van kernreacties was beperkt tot het observeren van de processen en het vaststellen van bepaalde causale verbanden, experimenteel afgeleid. Onderzoekers hebben geleerd om alleen te identificeren gedrag bepaalde deeltjes met 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 met meerdere verdiepingen. Dat is de hele theorie!

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

Het aantal landen dat gewapend is met nucleair potentieel groeide met grote sprongen. Talloze kernraketten wierpen een dreigende blik op hun 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, die in de atoomkern probeert te kijken, heeft met grote inspanning supermoderne deeltjesversnellers gebouwd.

De materie bereikte echter niet de structuur van het atoom en zijn kern. Passie voor de zoektocht naar steeds meer nieuwe deeltjes en het nastreven van de Nobel-regalia overschaduwde de diepgaande studie van de structuur van de atoomkern en de deeltjes die erin zitten.

Maar oppervlakkige kennis over nucleaire processen manifesteerde zich onmiddellijk negatief tijdens de werking van kernreactoren en veroorzaakte in een aantal situaties het optreden van spontane nucleaire kettingreacties.

Deze lijst bevat de data en plaatsen van optreden van spontane kernreacties:

08.21.1945 jaar. VS, Los Alamos Nationaal Laboratorium.

21-05-1946. VS, Los Alamos Nationaal Laboratorium.

15-03-1953 jaar. USSR, Chelyabinsk-65, PA "Mayak".

21.04.1953 jaar. USSR, Chelyabinsk-65, PA "Mayak".

06.16.1958 jaar. VS, Oak Ridge, Y-12 radiochemische fabriek.

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

30-12-1958 VS, Los Alamos Nationaal Laboratorium.

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

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

30-12-1965. België, Mol.

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

12/10/1968 jaar. USSR, Chelyabinsk-65, PA "Mayak".

26-05-1971. USSR, Moskou, Instituut voor Atoomenergie.

13-12-1978 jaar. USSR, Tomsk-7, Siberian Chemical Combine.

23-09-1983 Argentinië, Reactor RA-2.

15-05-1997. Rusland, Novosibirsk, fabriek van chemische concentraten.

17 juni 1997. Rusland, Sarov, VNIIEF.

30-09-1999. Japan, Tokaimura, fabriek voor de productie van kernbrandstoffen.

Het is noodzakelijk om aan deze lijst talrijke ongevallen met lucht- en onderwaterschepen van kernwapens toe te voegen, incidenten bij kernbrandstofcyclusbedrijven, noodsituaties bij kerncentrales, noodsituaties tijdens het testen van nucleaire en thermonucleaire bommen. De tragedies van Tsjernobyl en Fukushima zullen voor altijd in onze herinnering blijven. Achter deze rampen en noodsituaties stierven duizenden mensen. En het zet je heel serieus aan het denken.

Alleen al de gedachte om kerncentrales in werking te stellen, die de hele wereld in een oogwenk in een continue radioactieve zone kunnen veranderen, is angstaanjagend. Helaas zijn deze angsten gegrond. Allereerst door het feit dat de makers van atoomreactoren in hun werk ze gebruikten geen fundamentele kennis, maar een verklaring van bepaalde wiskundige relaties en deeltjesgedrag, op basis waarvan een gevaarlijk nucleair ontwerp werd gebouwd... Voor wetenschappers vertegenwoordigen 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 dit "doosje" en dit "iets" wordt niet beschreven door de instructies en gaat buiten de reikwijdte van de opgedane kennis, dan kunnen we, afgezien van onze eigen heldhaftigheid en niet-intellectuele arbeid, ons nergens tegen verzetten naar het zich ontvouwende nucleaire element. De massa's mensen worden gedwongen om eenvoudigweg 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. In de meeste gevallen halen nucleaire specialisten alleen hun schouders op, biddend en verwachtend hulp van hogere machten.

Gewapend met de modernste technologie kunnen Japanse nucleaire wetenschappers de kerncentrale van Fukushima nog steeds niet in toom houden. Ze kunnen alleen stellen dat op 18 oktober 2013 het stralingsniveau in grondwater meer dan 2500 keer de norm overschreden. Op een dag nam het niveau van radioactieve stoffen in het water bijna 12.000 keer toe! Waarom?! Tot nu toe kunnen Japanse specialisten deze vraag niet beantwoorden en deze processen ook niet 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 eiste ongekende verdedigings- en aanvalsmaatregelen van de oorlogvoerende landen. Atomaire onderzoekers gehoorzaamden aan de situatie en namen risico's zonder zich te verdiepen in de fijne kneepjes 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 volledig doorgrond, en met het elektron, en met het neutron, en met het proton, en met hun onderlinge verbindingen. Bovendien moet de kernreactie in een kerncentrale streng worden gecontroleerd. Maar u kunt alleen echt en effectief beheren wat u grondig weet. Vooral als het gaat om de meest krachtige vorm van energie van vandaag, die helemaal niet gemakkelijk te benutten is. Dit gebeurt natuurlijk niet. Niet alleen tijdens de bouw van een kerncentrale.

Momenteel zijn er in Rusland, China, de Verenigde Staten en Europa 6 verschillende versnellers - krachtige versnellers van tegenstromen van deeltjes, die ze tot een enorme snelheid versnellen, waarbij hoge kinetische energie aan de deeltjes wordt gegeven om ze vervolgens met elk te laten botsen ander. Het doel van de botsing is om de botsingsproducten van deeltjes te bestuderen in de hoop dat in het proces van hun verval iets nieuws en nog onbekends te zien is.

Het is duidelijk dat onderzoekers erg geïnteresseerd zijn in wat er allemaal uit gaat komen. De botsingssnelheden van deeltjes en het niveau van toe-eigening van wetenschappelijke ontwikkelingen nemen toe, maar de kennis over de structuur van wat botst, blijft al vele, vele jaren op hetzelfde niveau. Er zijn nog geen onderbouwde voorspellingen over de resultaten van de geplande onderzoeken, en die kunnen er ook niet komen. Niet toevallig. We begrijpen heel goed dat het alleen mogelijk is om wetenschappelijk te voorspellen onder de voorwaarde van nauwkeurige en bewezen kennis, tenminste over de details van het voorspelde proces. De moderne wetenschap beschikt nog niet over dergelijke kennis over elementaire deeltjes. In dit geval kunnen we aannemen dat het hoofdprincipe: bestaande methoden onderzoek wordt het standpunt: "Laten we proberen te doen - we zullen zien wat er gebeurt." Helaas.

Daarom is het heel normaal dat er tegenwoordig steeds vaker onderwerpen worden besproken die verband houden met het gevaar van experimenten. Het gaat niet eens over de mogelijkheid dat tijdens experimenten microscopisch kleine zwarte gaten verschijnen die, uitdijend, onze planeet kunnen opslokken. 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. In de Large Hadron Collider is er bijvoorbeeld een botsing van fluxen 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, geketend in een krachtige metalen en betonnen bescherming? Een deeltje met een massa van 1.672 621 777 (74) x 10-27 kg en een solide multi-ton tunnel van meer dan 26 kilometer dik in de dikte van zware grond zijn duidelijk onvergelijkbare categorieën.

De dreiging bestaat echter. Bij het uitvoeren van experimenten is het vrij waarschijnlijk dat een oncontroleerbare afgifte van een enorme hoeveelheid energie zal optreden, die niet alleen zal optreden als gevolg van de breuk van intranucleaire krachten, maar ook de energie in de protonen of loodionen. Nucleaire explosie een moderne ballistische raket, gebaseerd op het vrijkomen van de kernenergie van een atoom, zal niet verschrikkelijker lijken dan een nieuwjaarsvuurwerk in vergelijking met de krachtigste energie die kan worden vrijgegeven wanneer elementaire deeltjes worden vernietigd. We kunnen geheel onverwacht een fantastische gin uit de fles halen. Maar niet die volgzame goedhartige en manusje-van-alles die alleen maar gehoorzamen en gehoorzamen, 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, in de botser, 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 ook met de hele planeet verbonden is. In een oogwenk kunnen alleen erbarmelijke vormeloze stukken die zich over de grote en immense uitgestrektheid van het heelal verspreiden, van onze schattige blauwe schoonheid overblijven.

Dit is ongetwijfeld 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. Deze toespraken zijn steeds meer georganiseerd en vergroten 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. Het is bijna onmogelijk om het te overwinnen zonder te experimenteren. Ik ben er echter diep van overtuigd dat elk experiment alleen moet worden uitgevoerd als het veilig is voor mensen en de wereld om hen heen. Vandaag hebben we geen vertrouwen in een dergelijke beveiliging. 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. Na me ernstige zorgen te hebben gemaakt, stortte ik me halsoverkop in de wereld van kennis over de microkosmos. 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 vatten tussen natuurlijke fenomenen en de conclusies waarop sommige wetenschappers waren gebaseerd, gebruikmakend van de theoretische bepalingen 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 grond 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 niettemin voldoende gedetailleerd en nauwkeurig een praktijksituaties die antwoord geven op de vraag: "Wat gebeurt er als ...?". Echter, de hoofdvraag: “Waarom gebeurt dit?” bleef helaas onbeantwoord.

Het leek me dat het herkennen van het eindeloze heelal en zijn zulke verre sterrenstelsels, verspreid over een fantastisch grote afstand, veel moeilijker is dan het vinden van een pad van kennis naar wat in feite 'onder onze voeten ligt'. Gebaseerd op de fundamenten van mijn middelbare en hogere opleiding, geloofde ik oprecht dat onze beschaving geen vragen meer heeft over de structuur van het atoom en zijn kern, of over elementaire deeltjes en hun structuur, of over de krachten die een elektron in een baan om de aarde houden en handhaven van een stabiele binding tussen protonen en neutronen in de kern van een atoom.

Tot dat moment hoefde ik de basis van de kwantumfysica niet te bestuderen, maar ik was ervan overtuigd en nam naïef aan dat deze nieuwe fysica ons inderdaad uit de duisternis van het onbegrip van de microwereld zal leiden.

Maar tot mijn grote ergernis had ik waanvoorstellingen. De moderne kwantumfysica, de fysica van de atoomkern en elementaire deeltjes, en de hele fysica van de microwereld bevinden zich 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 microwereld, strikt beperkt door de gevestigde standvastigheid van de meningen van de grote theoretici van de 19e en 20e eeuw, hebben het niet aangedurfd om terug te keren naar hun oorsprong en het moeilijke pad van onderzoek naar de diepten van onze omringende wereld voor meer dan honderd jaar. Mijn zo kritische kijk op de huidige situatie rond de studie van de microwereld is lang niet de enige. Veel vooruitstrevende onderzoekers en theoretici hebben meer dan eens hun mening gegeven 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 indicatoren van sommige mechanistische statistieken. Het belangrijkste in de theorie is niet de studie van elementaire deeltjes, hun structuur, hun verbindingen en interacties tijdens de manifestatie van bepaalde natuurlijke fenomenen, maar vereenvoudigde probabilistische wiskundige modellen op basis van de tijdens experimenten verkregen afhankelijkheden.

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

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 horen over tot nu toe niet gevonden preonen en gravitonen. Je kunt er zeker van zijn dat het aantal hypothetische deeltjes zal blijven groeien naarmate de wetenschap van de microwereld steeds dieper in een doodlopende toestand terechtkomt.

Het gebrek aan begrip van de fysieke processen die plaatsvinden in elementaire deeltjes en atoomkernen, het mechanisme van interactie tussen systemen en elementen van de microwereld bracht hypothetische elementen - dragers van interactie - zoals ijk- en vectorbosonen, gluonen, virtuele fotonen, de arena binnen 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 werden gevonden. Het is belangrijk dat ze op de een of andere manier verantwoordelijk kunnen worden gehouden voor het feit dat de kern van het 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 planeet magnetisch veld beschermt ons nog steeds tegen kosmische invloeden ...

Dit alles maakte me verdrietig, want hoe meer ik me verdiepte in de theorie van de microwereld, 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 over de microwereld 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 studies werden uitgevoerd op de onvolmaakte apparatuur die overeenkwam met die tijd, en de experimentele database begon net te worden gevuld.

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 begon de wetenschappelijke wereld aan het begin van de twintigste eeuw te praten over de crisis van de natuurkunde en de noodzaak van revolutionaire transformaties in het systeem van studies van de microwereld. Deze positie dwong progressieve theoretische wetenschappers beslist om te zoeken naar nieuwe manieren en nieuwe methoden om de microwereld te kennen.

Het probleem, we moeten het zijn schuld geven, zat nog steeds niet in de verouderde bepalingen van de klassieke natuurkunde, maar in een onvoldoende ontwikkelde technische basis, die op dat moment, en dat is heel begrijpelijk, niet de nodige onderzoeksresultaten kon opleveren en voedsel kon geven voor dieper theoretische ontwikkelingen... De leemte moest worden opgevuld. En dat vulden ze in. Nieuwe theorie - kwantumfysica voornamelijk gebaseerd op probabilistische wiskundige representaties. Daar was niets mis mee, behalve dat ze tegelijkertijd de filosofie vergaten en zich losmaakten van de echte wereld.

De klassieke concepten van een 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 technische taken... Het ontbreken van de noodzakelijke technische basis en enkele successen in de theoretische en experimentele presentatie van de elementen en systemen van de microwereld hebben de voorwaarden geschapen voor een zekere afkoeling van de wetenschappelijke wereld tot een diepgaande studie van de structuur van elementaire deeltjes, atomen en hun kernen . Bovendien leek de crisis van de fysica van de microkosmos te zijn uitgedoofd, er had 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.

Deze toestand van de moderne wetenschap van de microwereld kon me natuurlijk niet anders dan opgewonden maken, en ik begon me onmiddellijk voor te bereiden op een nieuwe expeditie, op een nieuwe reis. Op een reis in de microkosmos. Wij hebben al een soortgelijke reis gemaakt. Dit 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. De eerste reis»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 zult moeten studeren te verkleinen de wereld, begon ik me voor te bereiden op penetratie, niet alleen in de structuur van een atoom of molecuul, maar ook in de diepten van een elektron en een proton, een neutron en een foton, en in volumes die miljoenen keren kleiner zijn dan de volumes van deze deeltjes. Dit vereiste een speciale opleiding, nieuwe kennis en een perfecte uitrusting.

De komende reis begon vanaf het allereerste begin van de schepping van onze wereld, en het was dit allereerste 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 het bestaan ​​van de beschaving op de planeet in gevaar wordt gebracht .

Het punt is dat om de eerste resultaten van ons onderzoek te begrijpen, het nodig was om naar het zwarte gat van het heelal te gaan en, het gevoel van zelfbehoud te verwaarlozen, ons in de brandende hel van de universele tunnel te werpen. Alleen daar, in omstandigheden van ultrahoge temperaturen en fantastische druk, voorzichtig voortbewegend in de snel roterende stromen van materiële deeltjes, konden we zien hoe de vernietiging van deeltjes en antideeltjes plaatsvindt en hoe de grote en krachtige voorouder van alle dingen, Ether, is herboren, om alle processen die plaatsvinden 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 de verantwoordelijkheid te nemen voor het welslagen van deze reis. Tijdens het bestaan ​​van de beschaving bezocht niemand zelfs het zwarte gat van de melkweg, maar hier - UNIVERSUM! Alles is hier volwassen, groots en kosmisch grootschalig. Geen grap hier. Hier kunnen ze het menselijk lichaam in een oogwenk veranderen in een microscopisch gloeiende energieklonter of het over de eindeloze koude uitgestrekte ruimte verspreiden zonder het recht te hebben om te herstellen en te herenigen. Dit is het universum! Enorm en statig, koud en warm, grenzeloos en mysterieus...

Daarom, als ik iedereen uitnodig om deel te nemen aan onze expeditie, 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 universum te duiken.

Het is duidelijk dat om onszelf te beschermen en in leven te blijven, ons onderdompelend in een gloeiend hete, gevuld met krachtige explosies en nucleaire reacties, de universele tunnel verre van eenvoudig is, en onze apparatuur moet overeenkomen met de omstandigheden waarin we 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 tijdens de tweede reis nemen wat ons in staat stelde een zeer moeilijk pad door de uitgestrektheid van het heelal te overwinnen, toen we aan het rapport over onze expeditie werkten. “Adem van het Universum. De eerste reis”. Natuurlijk is het de wetten van de wereld... Zonder hun gebruik had onze eerste reis nauwelijks succesvol kunnen eindigen. Het waren de wetten die het mogelijk maakten om te vinden juiste manier tussen de stapel onbegrijpelijke verschijnselen en dubieuze conclusies van onderzoekers over hun verklaring.

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

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

We hebben bevestiging gevonden van deze standpunten in actie. ontwikkelingswet, 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, we kenden de evolutie van sterrenstelsels, zagen 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 de wet van continuïteit van beweging, door de objectieve noodzaak van het proces van constante beweging in de ruimte voor alle objecten en systemen zonder uitzondering te interpreteren, konden we tot de realisatie komen 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 om langs de route te gaan en de moeilijkste delen ervan 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 en tijdens deze reis naar de diepten van het universum het belangrijkste kenmerk van onze uitrusting zijn.

Seconde belangrijke voorwaarde succes van penetratie in de diepten van het heelal zal zeker zijn experimentele resultaten wetenschappers die ze meer dan honderd jaar hebben doorgebracht, en de hele voorraad kennis en informatie over verschijnselen microwereld verzameld door de moderne wetenschap. Tijdens de eerste reis raakten we ervan overtuigd dat veel natuurverschijnselen op verschillende manieren kunnen worden geïnterpreteerd en volledig tegenovergestelde conclusies kunnen worden getrokken.

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

De situatie is te vergelijken met de wens om via twee wegen van Parijs naar het naar Charles de Gaulle vernoemde vliegveld te komen. De eerste is de kortste, waar je niet meer dan een half uur aan kunt besteden, met alleen een auto, en de tweede is precies het tegenovergestelde, de wereld rond met de auto, het schip, speciale uitrusting, boten, hondensleeën door Frankrijk, de Atlantische Oceaan, Zuid-Amerika, Antarctica, grote Oceaan, Het Noordpoolgebied en ten slotte via Noordoost-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 het is zeer problematisch om nauwkeurig te zijn en uw bestemming te bereiken tijdens een lange en zware reis. Daarom is niet alleen het bewegingsproces belangrijk, maar ook de keuze van de juiste weg.

Op onze reis zullen we, net als op de eerste expeditie, proberen iets anders te kijken naar de conclusies over de microwereld, die al door iedereen zijn gemaakt en geaccepteerd. de wetenschappelijke wereld... Allereerst in relatie tot de kennis die is verkregen 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 niet voor ons zal verschijnen als een ongestructureerd deeltje, maar als een meer complex object van de microwereld, en de kern van het atoom zijn diverse structuur, 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 plaatsen van onze vorige reis. Logica was een soort kompas, dat de richting aangaf van het juiste pad tijdens een reis door de uitgestrektheid van het universum. Het is duidelijk dat we ook nu niet zonder kunnen.

Logica alleen is echter niet voldoende. We kunnen op deze expeditie 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 aandachtig zullen luisteren. Intuïtie zal ons in beweging brengen, ondanks regen en kou, sneeuw en vorst, zonder vaste hoop en duidelijke informatie, maar het zal ons in staat stellen ons doel te bereiken ondanks alle regels en instructies die de hele mensheid is geworden gewend van school.

Ten slotte kunnen we nergens heen zonder onze tomeloze fantasie. Verbeelding- dit is het noodzakelijke cognitieve hulpmiddel 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 demonstreren die plaatsvinden in een zwart gat en in de universele tunnel, de mechanismen van optreden verschaffen zwaartekrachten tijdens de vorming van deeltjes en atomen leidt het je door de galerijen van de atoomkern en maakt het mogelijk om een ​​fascinerende vlucht te maken op een licht ronddraaiend elektron rond een stevig maar onhandelbaar gezelschap van protonen en neutronen in een atoomkern.

Helaas zullen we op deze reis naar de diepten van het heelal niets anders kunnen nemen - er is heel weinig ruimte en we moeten onszelf beperken, zelfs in het meest noodzakelijke. Maar dat houdt ons niet tegen! Het doel is voor ons duidelijk! De diepten van het heelal wachten op ons!

In de natuurkunde worden elementaire deeltjes fysieke objecten genoemd op de schaal van de atoomkern, die niet in hun samenstellende delen kunnen worden verdeeld. Voor vandaag slaagden wetenschappers er echter nog steeds in om een ​​aantal van hen te splitsen. De structuur en eigenschappen van deze kleinste objecten worden bestudeerd door de fysica van elementaire deeltjes.

De kleinste deeltjes waaruit alle materie bestaat, waren in de oudheid bekend. De grondleggers van het zogenaamde "atomisme" worden echter beschouwd als de filosoof van het oude Griekenland Leucippus en zijn bekendere leerling, Democritus. Aangenomen wordt dat de tweede de term "atoom" introduceerde. Van het oude Grieks wordt "atomos" vertaald als "ondeelbaar", wat de opvattingen van de oude filosofen bepaalt.

Later werd bekend dat het atoom nog steeds kan worden verdeeld in twee fysieke objecten - de kern en het elektron. Dit laatste werd later het eerste elementaire deeltje, toen in 1897 de Engelsman Joseph Thomson een experiment met kathodestralen uitvoerde en onthulde dat het een stroom identieke deeltjes met dezelfde massa en lading is.

Parallel aan het werk van Thomson doet Henri Becquerel, die röntgenstraling bestudeert, experimenten met uranium en ontdekt hij een nieuw type straling. In 1898 bestudeert een paar Franse natuurkundigen, Marie en Pierre Curie, verschillende radioactieve stoffen, waarbij ze dezelfde radioactieve straling detecteren. Later zal blijken dat het bestaat uit alfa (2 protonen en 2 neutronen) en betadeeltjes (elektronen), en krijgen Becquerel en Curie de Nobelprijs. Bij het uitvoeren van haar onderzoek met elementen als uranium, radium en polonium heeft Maria Sklodowska-Curie geen veiligheidsmaatregelen genomen, zelfs geen handschoenen. Als gevolg daarvan overviel haar in 1934 leukemie. Ter nagedachtenis aan de prestaties van de grote wetenschapper, is het element polonium, ontdekt door een paar Curies, vernoemd naar het moederland van Maria - Polonia, uit het Latijn - Polen.

Foto van het V Solvay-congres 1927. Probeer alle wetenschappers uit dit artikel op deze foto te vinden.

Vanaf 1905 wijdde Albert Einstein zijn publicaties aan de imperfectie van de golftheorie van licht, waarvan de postulaten in strijd waren met de resultaten van experimenten. Wat vervolgens de uitstekende fysicus op het idee van een "lichtkwantum" bracht - een portie licht. Later, in 1926, werd het genoemd als "foton", vertaald uit het Griekse "phos" ("licht"), door de Amerikaanse fysiochemicus - Gilbert N. Lewis.

In 1913 merkte Ernest Rutherford, een Britse natuurkundige, op basis van de resultaten van experimenten die toen al waren uitgevoerd, op dat de massa's van de kernen van vele chemische elementen veelvouden van de massa van de waterstofkern. Daarom suggereerde hij dat de waterstofkern een bestanddeel is van de kernen van andere elementen. In zijn experiment bestraalde Rutherford een stikstofatoom met alfadeeltjes, dat als resultaat een bepaald deeltje uitzond, door Ernest een "proton" genoemd, van een ander Grieks "protos" (eerst, hoofd). Later werd experimenteel bevestigd dat het proton de kern van waterstof is.

Het proton is duidelijk niet de enige onderdeel kernen van chemische elementen. Dit komt door het feit dat twee protonen in de kern zouden afstoten, en het atoom zou onmiddellijk vervallen. Daarom kwam Rutherford met een hypothese over de aanwezigheid van een ander deeltje, dat een massa heeft die gelijk is aan die van een proton, maar ongeladen is. Sommige experimenten van wetenschappers over de interactie van radioactieve en lichtere elementen leidden tot de ontdekking van nog een nieuwe straling. In 1932 stelde James Chadwick vast dat het was samengesteld uit de zeer neutrale deeltjes die hij neutronen noemde.

Zo werden de meest bekende deeltjes ontdekt: foton, elektron, proton en neutron.

Verder werd de ontdekking van nieuwe subnucleaire objecten steeds frequenter, en op dit moment zijn er ongeveer 350 deeltjes bekend, die meestal als "elementair" worden beschouwd. Degenen die nog niet zijn gesplitst, worden als structuurloos beschouwd en worden "fundamenteel" genoemd.

Wat is spin?

Alvorens tot verdere innovaties op het gebied van fysica over te gaan, is het noodzakelijk om de kenmerken van alle deeltjes te bepalen. De meest bekende omvat naast massa en elektrische lading ook spin. Deze waarde wordt anders genoemd als "juist impulsmoment" en is op geen enkele manier geassocieerd met de beweging van het subnucleaire object als geheel. Wetenschappers zijn erin geslaagd deeltjes met spins 0, ½, 1, 3/2 en 2 te vinden. Om, zij het vereenvoudigd, spin te visualiseren als een eigenschap van een object, bekijk het volgende voorbeeld.

Laat het object een spin gelijk aan 1 hebben. Dan zal zo'n object, wanneer het 360 graden is gedraaid, terugkeren naar zijn oorspronkelijke positie. Op een vliegtuig kan dit object een potlood zijn, dat na 360 graden te zijn gedraaid, in zijn oorspronkelijke positie zal zijn. In het geval van nul spin zal elke rotatie van het object er altijd hetzelfde uitzien, bijvoorbeeld een eenkleurige bal.

Voor een ½ rug heb je een object nodig dat zijn uiterlijk behoudt als het 180 graden wordt gedraaid. Het kan hetzelfde potlood zijn, alleen aan beide kanten symmetrisch geslepen. Een spin van 2 vereist een spin van 720 graden en een 3/2 spin vereist 540.

Deze eigenschap is erg belangrijk voor de fysica van elementaire deeltjes.

Standaardmodel van deeltjes en interacties

Met een indrukwekkende reeks micro-objecten die de omringende wereld vormen, besloten wetenschappers om ze te structureren, dus de bekende theoretische constructie genaamd het "standaardmodel" werd gevormd. Ze beschrijft drie interacties en 61 deeltjes met behulp van 17 fundamentele, waarvan sommige al lang voor de ontdekking door haar waren voorspeld.

De drie interacties zijn:

• Elektromagnetisch. Het komt voor tussen elektrisch geladen deeltjes. In een eenvoudig geval, bekend van school, worden tegengesteld geladen objecten aangetrokken en objecten met dezelfde naam afgestoten. Dit gebeurt via de zogenaamde drager van elektromagnetische interactie - een foton.
• Sterk, anders - nucleaire interactie. Zoals de naam al aangeeft, strekt zijn actie zich uit tot objecten in de orde van de atoomkern, het is verantwoordelijk voor de aantrekking van protonen, neutronen en andere deeltjes, ook bestaande uit quarks. Sterke interacties worden overgedragen door gluonen.
• Zwak. Werkt op afstanden die duizend kleiner zijn dan de grootte van de kern. Deze interactie omvat leptonen en quarks, evenals hun antideeltjes. Bovendien kunnen ze in het geval van zwakke interactie in elkaar reïncarneren. De dragers zijn de bosonen W+, W− en Z0.

Dus het standaardmodel werd op de volgende manier gevormd. Het bevat zes quarks die alle hadronen vormen (deeltjes die onderhevig zijn aan sterke interacties):

• Boven (u);
• Betoverd (c);
• Waar (t);
• Lager (d);
• Vreemd(en);
• Aanbiddelijk (b).

Het is te zien dat natuurkundigen niet bezig zijn met scheldwoorden. De andere 6 deeltjes zijn leptonen. Dit zijn fundamentele spin--deeltjes die niet deelnemen aan sterke interacties.

• Elektron;
• Elektronische neutrino;
• Muon;
• Muon-neutrino;
• Tau-lepton;
• Tau-neutrino.

En de derde groep van het standaardmodel zijn ijkbosonen, die een spin gelijk aan 1 hebben en worden weergegeven als dragers van interacties:

• Gluon is sterk;
• Foton - elektromagnetisch;
• Z-boson - zwak;
• W-boson - zwak.

Ze omvatten ook het recent ontdekte spin 0-deeltje, dat, om het simpel te zeggen, alle andere subnucleaire objecten een inerte massa geeft.

Daardoor ziet onze wereld er volgens het Standaardmodel als volgt uit: alle materie bestaat uit 6 quarks die hadronen en 6 leptonen vormen; al deze deeltjes kunnen deelnemen aan drie interacties, die worden gedragen door ijkbosonen.

Nadelen van het standaardmodel

Maar zelfs vóór de ontdekking van het Higgs-deeltje, het laatste deeltje dat door het standaardmodel werd voorspeld, waren wetenschappers eraan voorbij gegaan. Een treffend voorbeeld hiervan is de zgn. "Zwaartekrachtinteractie", die tegenwoordig op één lijn ligt met anderen. Vermoedelijk is zijn drager een deeltje met spin 2, dat geen massa heeft en dat natuurkundigen nog niet hebben kunnen detecteren - "graviton".

Bovendien beschrijft het Standaardmodel 61 deeltjes, en vandaag kent de mensheid al meer dan 350 deeltjes. Dit betekent dat het werk van theoretisch fysici nog niet ten einde is.

Deeltjesclassificatie

Om het zichzelf gemakkelijker te maken, hebben natuurkundigen alle deeltjes gegroepeerd op basis van de kenmerken van hun structuur en andere kenmerken. De classificatie is gebaseerd op de volgende criteria:

• Levenslang.
  1. Stal. Deze omvatten een proton en een antiproton, een elektron en een positron, een foton en ook een graviton. Het bestaan ​​van stabiele deeltjes is niet beperkt door de tijd, zolang ze zich in een vrije staat bevinden, d.w.z. ga nergens mee om.
  2. instabiel. Alle andere deeltjes vervallen na verloop van tijd in hun samenstellende delen, daarom worden ze onstabiel genoemd. Een muon leeft bijvoorbeeld slechts 2,2 microseconden en een proton - 2,9 10 * 29 jaar, waarna het kan vervallen in een positron en een neutraal pion.
• Gewicht.
  1. Massaloze elementaire deeltjes, waarvan er maar drie zijn: foton, gluon en graviton.
  2. Massieve deeltjes zijn alle andere.
• De waarde van de spin.
  1. Hele draai, incl. nul, hebben deeltjes die bosonen worden genoemd.
  2. Deeltjes met spin van een half geheel getal zijn fermionen.
• Deelname aan interacties.
  1. Hadronen (structurele deeltjes) zijn subnucleaire objecten die deelnemen aan alle vier soorten interacties. Eerder werd al gezegd dat ze uit quarks bestaan. Hadronen zijn onderverdeeld in twee subtypes: mesonen (hele spin, zijn bosonen) en baryonen (half-gehele spin zijn fermionen).
  2. Fundamenteel (structuurloze deeltjes). Deze omvatten leptonen, quarks en ijkbosonen (lees eerder - "Standaardmodel ..").

Nadat u vertrouwd bent geraakt met de classificatie van alle deeltjes, kunt u er bijvoorbeeld enkele aanwijzen. Dus een neutron is een fermion, een hadron, of liever een baryon, en een nucleon, dat wil zeggen, het heeft een half geheel getal spin, bestaat uit quarks en neemt deel aan 4 interacties. Nucleon is de algemene naam voor protonen en neutronen.

• Interessant is dat tegenstanders van het atomisme van Democritus, die het bestaan ​​van atomen voorspelden, beweerden dat elke substantie in de wereld oneindig deelbaar is. Tot op zekere hoogte kunnen ze gelijk blijken te hebben, aangezien wetenschappers er al in zijn geslaagd het atoom te verdelen in een kern en een elektron, een kern in een proton en een neutron, en zij op hun beurt in quarks.
• Democritus ging ervan uit dat atomen een duidelijke geometrische vorm, en daarom "scherpe" atomen van vuur - verbrande, ruwe atomen van vaste stoffen worden stevig bij elkaar gehouden door hun uitsteeksels, en gladde atomen van water glijden bij interactie, anders stromen ze.
• Joseph Thomson stelde zijn eigen model van het atoom samen, dat hem een ​​positief geladen lichaam leek, waarin elektronen als het ware "vastzaten". Zijn model heet het Plum pudding-model.
• Quarks dankten hun naam aan de Amerikaanse natuurkundige Murray Gell-Mann. De wetenschapper wilde een woord gebruiken dat lijkt op het geluid van het kwaken van een eend (kwork). Maar in de roman Finnegans Wake van James Joyce kwam ik het woord 'quark' tegen in de regel 'Drie quarks voor meneer Mark!' Murray besloot de deeltjes met dit woord te noemen, omdat er op dat moment slechts drie quarks bekend waren.
• Hoewel fotonen, lichtdeeltjes, massaloos zijn, lijken ze in de buurt van een zwart gat hun baan te veranderen, doordat ze er door aangetrokken worden door zwaartekrachtinteractie. In feite buigt een superzwaar lichaam de ruimte-tijd, waardoor alle deeltjes, ook die zonder massa, hun baan veranderen naar een zwart gat (zie).
• De Large Hadron Collider is precies "hadronisch" omdat hij botst met twee gerichte bundels hadronen, deeltjes met afmetingen in de orde van grootte van een atoomkern, die deelnemen aan alle interacties.