Het krachtigste deeltje. Wat is het kleinste deeltje in het heelal dat bestaat?

Doctor in de fysische en wiskundige wetenschappen M. KAGANOV.

Volgens een lange traditie spreekt het tijdschrift "Science and Life" over de nieuwste prestaties moderne wetenschap, over de nieuwste ontdekkingen op het gebied van natuurkunde, biologie en geneeskunde. Maar om te begrijpen hoe belangrijk en interessant ze zijn, is het op zijn minst noodzakelijk algemene schets inzicht hebben in 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 universiteit hebben gestudeerd, zijn onbekend met veel van de bepalingen ervan: ze bestonden toen gewoon niet. En onze jonge lezers hebben nog geen tijd gehad om er meer over te leren: populair-wetenschappelijke literatuur wordt vrijwel niet meer gepubliceerd. Daarom vroegen we de oude auteur van het tijdschrift M.I. Kaganov om te praten over atomen en elementaire deeltjes en de wetten die hen beheersen, over wat materie is. Moses Isaakovich Kaganov - theoretisch natuurkundige, auteur en co-auteur van honderden werken over kwantumtheorie vaste toestand, theorie van metalen en magnetisme. Hij was een vooraanstaand medewerker van het vernoemde Instituut voor Fysieke Problemen. P. L. Kapitsa en professor aan de Staatsuniversiteit van Moskou. M. V. Lomonosov, lid van de redacties van de tijdschriften "Nature" en "Quantum". Auteur van vele populair-wetenschappelijke artikelen en boeken. Woont nu in Boston (VS).

Wetenschap en leven // Illustraties

De Griekse filosoof Democritus was de eerste die het woord ‘atoom’ gebruikte. Volgens zijn leer zijn atomen ondeelbaar, onverwoestbaar en in constante beweging. Ze zijn oneindig gevarieerd, hebben depressies en convexiteiten waarmee ze in elkaar grijpen en alle materiële lichamen vormen.

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

Deuteriumatoom.

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 individuele atoom.

Wetenschap en leven // Illustraties

Wetenschap en leven // Illustraties

Terwijl hij bezig was met het creëren van de stralingstheorie, kwam Max Planck in 1900 tot de conclusie dat atomen van verwarmde materie licht zouden moeten uitzenden in porties, quanta, met een actiedimensie (J.s) en energie evenredig aan de frequentie van straling: E ​​= hn .

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

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

Wetenschap en leven // Illustraties

Een ervaren biljarter weet altijd hoe de ballen zullen rollen nadat hij is geraakt en slaat ze gemakkelijk in de pocket. Bij atomaire deeltjes is dat veel moeilijker. Het is onmogelijk om het traject van een vliegend elektron aan te geven: het is niet alleen een deeltje, maar ook een golf, oneindig in de ruimte.

's Nachts, als er geen wolken aan de hemel zijn, de maan niet zichtbaar is en er geen licht in de weg staat, is de hemel gevuld met helder schijnende sterren. Het is niet nodig om naar bekende sterrenbeelden te zoeken of planeten dicht bij de aarde te vinden. Kijk maar! Probeer je een enorme ruimte voor te stellen die gevuld is met werelden en zich uitstrekt over miljarden miljarden lichtjaren. Het is alleen vanwege de afstand dat de werelden punten lijken te zijn, en veel ervan zijn zo ver weg dat ze niet individueel te onderscheiden zijn en samenvloeien tot nevels. Het lijkt erop dat we ons in het centrum van het universum bevinden. Nu weten we dat dit niet waar is. De afwijzing van geocentrisme is een grote verdienste van de wetenschap. Het kostte veel moeite om te beseffen dat de kleine aarde zich beweegt in een willekeurig, schijnbaar ongemarkeerd gebied van een enorme (letterlijk!) ruimte.

Maar het leven is op aarde ontstaan. 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 en de wetten die de natuur beheersen, te zoeken en te vinden. De prestaties van de mensheid bij het begrijpen van de natuurwetten zijn zo indrukwekkend dat je er onwillekeurig trots op bent dat je tot dit snufje intelligentie behoort, verloren aan de rand van een gewone Melkweg.

Gezien de diversiteit van alles om ons heen is het bestaan ​​van algemene wetten verbazingwekkend. Niet minder verbazingwekkend is dat alles is opgebouwd uit slechts drie soorten deeltjes: elektronen, protonen en neutronen.

Om, met behulp van de fundamentele natuurwetten, waarneembare gegevens af te leiden en nieuwe eigenschappen van verschillende stoffen en objecten te voorspellen, zijn complexe wiskundige theorieën gecreëerd, 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 strikte theorie. Uiteraard vereist dit verlangen. Maar dat niet alleen: zelfs een eerste kennismaking zal wat werk vergen. We moeten proberen nieuwe feiten te begrijpen, onbekende verschijnselen die op het eerste gezicht niet overeenkomen met de bestaande ervaring.

De verworvenheden van de wetenschap leiden vaak tot het idee dat ‘niets heilig is’: wat gisteren waar was, wordt vandaag terzijde geschoven. Met kennis komt inzicht in hoe eerbiedig de wetenschap omgaat met elk stukje opgebouwde ervaring, met welke voorzichtigheid zij vooruitgaat, vooral in die gevallen waarin het nodig is om ingesleten ideeën los te laten.

Het doel van dit verhaal is om de fundamentele kenmerken van de structuur van anorganische stoffen te introduceren. Ondanks de eindeloze verscheidenheid is hun structuur relatief eenvoudig. Vooral als je ze vergelijkt met welk organisme dan ook, zelfs met het eenvoudigste levende organisme. Maar er is ook iets gemeenschappelijks: alle levende organismen zijn, net als anorganische stoffen, opgebouwd uit elektronen, protonen en neutronen.

Het is onmogelijk de onmetelijkheid te vatten: om, althans in algemene termen, de structuur van levende organismen te introduceren, is een bijzonder verhaal nodig.

INVOERING

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

Stoffen en materialen zien er solide uit en de tastzin bevestigt wat de ogen zien. Het lijkt erop dat er geen uitzonderingen zijn. Stromend water en vast metaal, zo verschillend van elkaar, zijn in één ding vergelijkbaar: zowel metaal als water zijn vast. Toegegeven, je kunt zout of suiker in water oplossen. Ze zoeken een plekje voor zichzelf in het water. Ja en binnen stevig, bijvoorbeeld binnen houten plank, je kunt een spijker inslaan. Met veel moeite kun je bereiken dat de plaats die door de boom werd ingenomen, wordt ingenomen door een ijzeren spijker.

We weten het goed: je kunt van een massief lichaam een ​​klein stukje afbreken, je kunt bijna elk materiaal slijpen. Soms is het moeilijk, soms gebeurt het spontaan, zonder onze deelname. Laten we onszelf voorstellen op het strand, op het zand. Wij begrijpen het: een zandkorrel is lang niet het kleinste deeltje van de stof waaruit zand bestaat. Als je het probeert, kun je de zandkorrels verkleinen, bijvoorbeeld door ze door rollen te leiden - door twee cilinders van heel hard metaal. Eenmaal tussen de rollen wordt de zandkorrel in kleinere stukjes vermalen. In wezen is dit hoe meel wordt gemaakt van graan in molens.

Nu het atoom stevig in onze perceptie van de wereld is doorgedrongen, is het heel moeilijk voor te stellen dat mensen niet wisten of het verbrijzelingsproces beperkt is of dat de substantie voor onbepaalde tijd kan worden verpletterd.

Het is niet bekend wanneer mensen zichzelf deze vraag voor het eerst stelden. Het werd voor het eerst vastgelegd in de geschriften van oude Griekse filosofen. Sommigen van hen geloofden dat, hoe klein een stof ook is, deze in nog kleinere delen kan worden verdeeld - er is geen limiet. Anderen brachten het idee tot uitdrukking dat er kleine, ondeelbare deeltjes zijn waaruit alles bestaat. Om te benadrukken dat deze deeltjes de grens van fragmentatie vormen, noemden ze ze atomen (in het Oudgrieks betekent het woord ‘atoom’ ondeelbaar).

Het is noodzakelijk om degenen te noemen die als eerste het idee van het bestaan ​​​​van atomen naar voren brachten. Dit zijn Democritus (geboren rond 460 of 470 v.Chr., overleden op zeer hoge leeftijd) en Epicurus (341-270 v.Chr.). De atoomwetenschap is dus bijna 2500 jaar oud. Het concept van atomen werd niet onmiddellijk door iedereen geaccepteerd. Zelfs ongeveer 150 jaar geleden waren er maar weinig mensen die vertrouwen hadden in het bestaan ​​van atomen, zelfs onder wetenschappers.

Feit is dat atomen erg klein zijn. Ze zijn niet alleen met het blote oog te zien, maar bijvoorbeeld ook met een microscoop die 1000 keer vergroot. Laten we er eens over nadenken: wat is de grootte van de kleinste deeltjes die zichtbaar zijn? U verschillende mensen verschillend gezichtsvermogen, maar waarschijnlijk zal iedereen het erover eens zijn dat het onmogelijk is om een ​​deeltje kleiner dan 0,1 millimeter te zien. Als je dus een microscoop gebruikt, kun je, hoewel met moeite, deeltjes zien van ongeveer 0,0001 millimeter, oftewel 10-7 meter. Door de afmetingen van atomen en de interatomaire afstanden (10-10 meter) te vergelijken met de lengte die we accepteerden als de grens van het gezichtsvermogen, zullen we begrijpen waarom welke stof dan ook vast voor ons lijkt.

2500 jaar is een enorme tijd. Wat er ook gebeurde in de wereld, er waren altijd mensen die probeerden de vraag te beantwoorden hoe de wereld om hen heen werkt. Op sommige momenten waren de problemen van de structuur van de wereld een grotere zorg, op andere momenten minder. De geboorte van de wetenschap in haar moderne betekenis vond relatief recent plaats. Wetenschappers hebben geleerd experimenten uit te voeren - vragen over de natuur te stellen en de antwoorden ervan te begrijpen, theorieën te creëren die de resultaten van experimenten beschrijven. De 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 het werk van Galileo Galilei (1564-1642), is een oneindige hoeveelheid informatie verkregen over de structuur van materie en de eigenschappen van lichamen van verschillende aard, een oneindig aantal Er zijn verschillende verschijnselen ontdekt en begrepen.

De mensheid heeft niet alleen geleerd 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 gedurende 2500 jaar en de geschiedenis van de natuurkunde gedurende de afgelopen 400 jaar niet beschouwen. Onze taak is om zo kort en duidelijk mogelijk te vertellen wat en hoe alles is gebouwd: de objecten om ons heen, lichamen en onszelf.

Zoals reeds vermeld bestaat alle materie uit elektronen, protonen en neutronen. Ik weet dit al sinds school, maar het blijft me verbazen dat alles is opgebouwd uit deeltjes van slechts drie typen! Maar de wereld is zo divers! Bovendien zijn de middelen die de natuur gebruikt om te bouwen ook behoorlijk eentonig.

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

METHODE VAN FRAGMENTEN, OF VERDEEL EN BEGRIJP

Het lijkt erop dat de meest natuurlijke manier om te begrijpen hoe een bepaald complex apparaat (speelgoed of mechanisme) werkt, is door het te demonteren en op te splitsen in zijn samenstellende delen. Je moet gewoon heel voorzichtig zijn, onthoud dat vouwen veel moeilijker zal zijn. “Braken is niet bouwen”, zegt de volkswijsheid. En nog iets: we begrijpen misschien waaruit het apparaat bestaat, maar het is onwaarschijnlijk dat we begrijpen hoe het werkt. Soms moet je één schroef losdraaien, en dat is alles: het apparaat werkt niet meer. Het is niet zozeer nodig om te demonteren als om te begrijpen.

Omdat waar we het over hebben niet over de daadwerkelijke ontbinding van alle objecten, dingen, organismen om ons heen, maar over het denkbeeldige, dat wil zeggen over het mentale, en niet over de echte ervaring, dan hoef je je geen zorgen te maken: je hoeft niet te verzamelen. Laten we bovendien niet bezuinigen op onze inspanningen. Laten we er niet over nadenken of het moeilijk of gemakkelijk is om het apparaat in zijn samenstellende delen te ontbinden. Een ogenblikje. Hoe weten we dat we de limiet hebben bereikt? Misschien kunnen we met meer moeite verder komen? Laten we onszelf toegeven: we weten niet of we de limiet hebben bereikt. We moeten uitgaan van de algemeen aanvaarde mening, 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 wordt nu algemeen aanvaard dat de delen waaruit alles is opgebouwd elementaire deeltjes zijn. En dit is niet alles. Als we het bijbehorende naslagwerk hebben bekeken, zullen we ervan overtuigd zijn: er zijn meer dan driehonderd elementaire deeltjes. De overvloed aan elementaire deeltjes deed ons nadenken over de mogelijkheid van het bestaan ​​van subelementaire deeltjes - deeltjes die zelf de elementaire deeltjes vormen. Zo ontstond het idee van quarks. Ze hebben de verbazingwekkende eigenschap dat ze in een vrije staat blijkbaar niet bestaan. Er zijn nogal wat quarks - zes, en elk heeft zijn eigen antideeltje. Misschien is de reis naar de diepten van de materie nog niet voorbij.

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

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

Ten eerste moeten elementaire deeltjes het vermogen hebben om te combineren tot verschillende structuren.

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

Ten derde zou ik willen dat er niet te veel details zijn. Kijken naar bouwstenen zien we hoe verschillende gebouwen uit dezelfde elementen kunnen worden gecreëerd.

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

ELEKTRONEN, PROTONEN, NEUTRONEN

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

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

Laten we aandacht besteden aan het verschil in deeltjesmassa: protonen en neutronen zijn bijna 2000 keer zwaarder dan elektronen. Bijgevolg wordt de massa van elk lichaam vrijwel volledig bepaald door de massa van protonen en neutronen.

Het neutron is, zoals de naam al doet vermoeden, neutraal: de lading is nul. En een proton en een elektron hebben ladingen van dezelfde grootte, maar tegengesteld van teken. Een elektron is negatief geladen en een proton is positief geladen.

Onder de kenmerken van deeltjes lijkt er geen te zijn belangrijk kenmerk- hun grootte. Het beschrijven van de structuur van atomen en moleculen, elektronen, protonen en neutronen kunnen als materiële punten worden beschouwd. De afmetingen van het proton en het neutron zullen alleen in gedachten gehouden moeten worden bij het beschrijven van atoomkernen. Zelfs vergeleken met de grootte van atomen zijn protonen en neutronen monsterlijk klein (in de orde van 10 tot 16 meter).

In wezen komt dit korte gedeelte neer op het introduceren van elektronen, protonen en neutronen als de bouwstenen van alle lichamen in de natuur. We zouden ons eenvoudigweg kunnen beperken tot Tabel 1, maar we moeten begrijpen hoe elektronen, protonen en neutronen werken constructie wordt uitgevoerd, waardoor deeltjes worden gecombineerd tot meer complexe ontwerpen en wat zijn deze ontwerpen?

ATOM IS DE EENVOUDIGSTE VAN DE COMPLEXE STRUCTUREN

Er zijn veel atomen. Het bleek nodig en mogelijk om ze op een speciale manier te rangschikken. Ordenen maakt het mogelijk om de verschillen en overeenkomsten van atomen te benadrukken. De redelijke rangschikking van atomen is de verdienste van D.I. Als we tijdelijk het bestaan ​​van perioden negeren, is het principe van de rangschikking van elementen uiterst eenvoudig: ze worden opeenvolgend gerangschikt volgens het gewicht van de atomen. Het lichtste is het waterstofatoom. Het laatste natuurlijke (niet kunstmatig gecreëerde) atoom is het uraniumatoom, dat meer dan 200 keer zwaarder is dan het.

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

Helemaal aan het begin van de 20e eeuw toonde E. Rutherford (1871-1937) op overtuigende wijze aan dat bijna de gehele massa van een atoom geconcentreerd is in zijn kern - een klein (zelfs vergeleken met een atoom) ruimtegebied: de straal van de kern. kern is ongeveer 100 duizend keer kleiner dan de grootte van het atoom. Toen Rutherford zijn experimenten uitvoerde, was het neutron nog niet ontdekt. Met de ontdekking van het neutron besefte men dat kernen uit protonen en neutronen bestaan, en het is normaal om een ​​atoom te beschouwen als een kern omringd door elektronen, waarvan het aantal gelijk is aan het aantal protonen in de kern - na alles, het atoom als geheel is neutraal. Protonen en neutronen lijken op elkaar bouwmateriaal kernen worden gezamenlijk nucleonen genoemd (uit het Latijn kern - kern). Dit is de naam die we zullen gebruiken.

Het aantal nucleonen in een kern wordt meestal aangegeven met de letter A. Dat is duidelijk EEN = N + Z, Waar N is het aantal neutronen in de kern, en Z- het aantal protonen gelijk aan het aantal elektronen in een atoom. Nummer A wordt atomaire massa genoemd, en Z- atoomnummer. Atomen met dezelfde atoomnummers worden isotopen genoemd: in het periodiek systeem bevinden ze zich in dezelfde cel (in het Grieks ISO- gelijkwaardig , topos- plaats). Het punt is dat chemische eigenschappen isotopen zijn vrijwel identiek. Als je het periodiek systeem zorgvuldig onderzoekt, kun je ervan overtuigd zijn dat de rangschikking van de elementen strikt genomen niet overeenkomt met de atoommassa, maar met het atoomnummer. Als er ongeveer 100 elementen zijn, dan zijn er meer dan 2000 isotopen. Het is waar dat veel van hen onstabiel zijn, dat wil zeggen radioactief (van het Latijn radio- ik straal, actief- actief), ze vervallen en zenden verschillende stralingen uit.

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

Het atoom is stabiel. Bijgevolg bewegen de elektronen in een atoom zich rond de kern: de middelpuntvliedende kracht compenseert de aantrekkingskracht. Het begrijpen hiervan 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 natuurkunde 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 grootte van atomen is uiteraard verschillend, maar ongeveer gelijk aan enkele tienden van een nanometer (1 nm = 10 -9 m).

Laten we eerst het elektronensysteem van een atoom bekijken.

IN zonnestelsel planeten worden door de zwaartekracht tot de zon aangetrokken. In een atoom werkt een elektrostatische kracht. Het wordt vaak Coulomb genoemd ter ere van Charles Augustin Coulomb (1736-1806), die vaststelde dat de interactiekracht tussen twee ladingen omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand ertussen. 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. Indexering " MET" aan kracht toegewezen F door de eerste letter van Coulomb's achternaam (in het Frans Coulomb). Onder de meest uiteenlopende uitspraken zijn er weinig die zo terecht een wet worden genoemd als de wet van Coulomb: de reikwijdte van de toepasbaarheid ervan is immers vrijwel onbeperkt. Geladen lichamen, ongeacht hun grootte, evenals atomaire en zelfs subatomaire geladen deeltjes: ze trekken allemaal aan of stoten ze af in overeenstemming met de wet van Coulomb.

EEN ONTDEKKING OVER ZWAARTEKRACHT

Een persoon raakt in de vroege kinderjaren vertrouwd met de zwaartekracht. Door te vallen leert hij de zwaartekracht ten opzichte van 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 krachthandelingen F N=- GM 1 M 2 /R 2 . Hier R- afstand tussen lichamen, G- zwaartekrachtconstante gelijk aan 6,67259,10 -11 m 3 kg -1 s -2 , de index "N" wordt gegeven ter ere van Newton (1643 - 1727). Deze uitdrukking wordt de wet van de universele zwaartekracht genoemd, waarmee de universele aard ervan wordt benadrukt. Kracht F N bepaalt de beweging van sterrenstelsels, hemellichamen en de val van objecten naar de aarde. De wet van de universele zwaartekracht geldt op elke afstand tussen lichamen. We zullen niet ingaan op de veranderingen in het beeld van de zwaartekracht die Einsteins algemene relativiteitstheorie (1879-1955) introduceerde.

Zowel de elektrostatische kracht van Coulomb als de Newtoniaanse kracht van de universele zwaartekracht zijn hetzelfde (als 1/ R 2) afnemen met toenemende afstand tussen lichamen. Hierdoor kun je de werking van beide krachten op elke afstand tussen de lichamen vergelijken. Als de kracht van de Coulomb-afstoting van twee protonen in omvang wordt vergeleken met de kracht van hun zwaartekrachtaantrekking, 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 enkele rol van betekenis in de structuur van het atoom: deze is te klein vergeleken met de elektrostatische kracht.

Het detecteren van elektrische ladingen en het meten van de interacties daartussen is niet moeilijk. Als de elektrische kracht zo groot is, waarom is het dan niet belangrijk bij bijvoorbeeld vallen, springen of gooien van een bal? Omdat we in de meeste gevallen te maken hebben met neutrale (ongeladen) lichamen. Er zijn altijd veel geladen deeltjes (elektronen, ionen) in de ruimte ander teken). Onder invloed van een enorme (op atomaire schaal) aantrekkingskracht elektrische kracht Gemaakt door een geladen lichaam, snellen geladen deeltjes naar de bron, blijven aan het lichaam plakken en neutraliseren de lading.

GOLF OF DEELTJE? ZOWEL GOLF ALS DEELTJE!

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

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

Als je aan een golf denkt, stel je je waarschijnlijk in de eerste plaats een golvend zeeoppervlak voor. Golven komen vanuit de open zee naar de kust; de golflengten - de afstanden tussen twee opeenvolgende toppen - kunnen verschillend zijn. Het is gemakkelijk om golven waar te nemen met een lengte in de orde van enkele meters. Tijdens golven trilt de watermassa duidelijk. De golf bestrijkt een aanzienlijk gebied.

De golf is periodiek in tijd en ruimte. Golflengte ( λ ) is een maatstaf voor ruimtelijke periodiciteit. De periodiciteit van de golfbeweging in de tijd is zichtbaar in de frequentie van aankomst van golftoppen op de kust, en kan bijvoorbeeld worden gedetecteerd door de oscillatie van een vlotter op en neer. Laten we de periode van golfbeweging – de tijd waarin één golf passeert – met de letter aanduiden T. Het omgekeerde van de periode wordt frequentie ν genoemd = 1/T. De eenvoudigste golven (harmonische) hebben een bepaalde frequentie die in de loop van de tijd niet verandert. Elke complexe golfbeweging kan worden weergegeven als een reeks eenvoudige golven (zie “Science and Life” nr. 11, 2001). Strikt genomen neemt een eenvoudige golf een oneindige ruimte in beslag en bestaat hij oneindig lang. Een deeltje, zoals wij ons dat voorstellen, en een golf zijn totaal verschillend.

Sinds de tijd van Newton is er discussie geweest over de aard van licht. Wat licht is, is een verzameling deeltjes (bloedlichaampjes, uit het Latijn corpusculum- klein lichaam) of golven? Theorieën hebben lange tijd met elkaar geconcurreerd. De golftheorie won: de corpusculaire theorie kon de experimentele feiten (interferentie en diffractie van licht) niet verklaren. De golftheorie kon gemakkelijk omgaan met de rechtlijnige voortplanting van een lichtstraal. Een belangrijke rol werd gespeeld door het feit dat de lengte van lichtgolven volgens alledaagse concepten erg klein is: het golflengtebereik van zichtbaar licht is van 380 tot 760 nanometer. De kortere elektromagnetische golven zijn ultraviolet, röntgenstralen en gammastralen, en de langere zijn infrarood, millimeter, centimeter en alle andere radiogolven.

Tegen het einde van de 19e eeuw leek de overwinning van de golftheorie van licht op de corpusculaire theorie definitief en onherroepelijk. In de twintigste eeuw werden echter serieuze aanpassingen doorgevoerd. Het leek op licht, golven of deeltjes. Het bleek - zowel golven als deeltjes. Voor lichtdeeltjes, voor zijn quanta, zoals ze zeggen, is een speciaal woord uitgevonden: 'foton'. Het woord ‘kwantum’ komt van het Latijnse woord quantum- hoeveel, en "foton" - van het Griekse woord foto's - licht. Woorden die de namen van deeltjes aanduiden, hebben in de meeste gevallen het einde Hij. Verrassend genoeg gedraagt ​​licht zich in sommige experimenten als golven, terwijl het zich in andere experimenten gedraagt ​​als een stroom deeltjes. Geleidelijk aan werd het mogelijk een theorie op te bouwen die voorspelde hoe licht zich in welk experiment zou gedragen. Deze theorie wordt nu algemeen aanvaard. ander gedrag licht is niet langer verrassend.

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

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

Is een kwantum licht veel of weinig? De frequentie van zichtbaar licht is ongeveer 10 14 s -1. Bedenk: de frequentie en golflengte van licht zijn gerelateerd door de relatie ν = C/λ, waar Met= 299792458.10 10 m/s (precies) - de snelheid van het licht in een vacuüm. Kwantum-energie Hν is, zoals gemakkelijk te zien is, ongeveer 10 -18 J. Dankzij 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 microkosmos is de schaal compleet anders! Natuurlijk kan een mens een massa van 10-13 gram niet voelen, maar het menselijk oog is zo gevoelig dat het individuele lichtkwanta kan zien - dit werd bevestigd door een reeks subtiele experimenten. IN normale omstandigheden een persoon onderscheidt de "korrel" van licht niet en beschouwt 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. Deze ketterse gedachte werd voor het eerst verwoord door Louis de Broglie (1892-1987). Hij probeerde niet uit te vinden wat de aard van de golf was, waarvan hij de kenmerken voorspelde. Volgens zijn theorie een deeltje met massa M, vliegend op snelheid v, komt overeen met een golf met golflengte l = Hmv en frequentie ν = E/H, Waar E = mv 2/2 - deeltjesenergie.

Verdere ontwikkeling van de atoomfysica leidde tot inzicht in de aard van de golven die de beweging van atomaire en subatomaire deeltjes beschrijven. Er ontstond een wetenschap die ‘kwantummechanica’ werd genoemd (in de beginjaren werd dit vaker golfmechanica genoemd).

Kwantummechanica heeft betrekking op de beweging van microscopisch kleine deeltjes. Bij het beschouwen van de beweging van gewone lichamen (bijvoorbeeld delen van mechanismen), heeft het geen zin om rekening te houden met kwantumcorrecties (correcties als gevolg van de golfeigenschappen van materie).

Een van de manifestaties van de golfbeweging van deeltjes is hun gebrek aan traject. Om een ​​traject 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, Waar M v ~ u/m is de massa van het deeltje, en H- De constante van Planck. De constante van Planck wordt vaak het universele kwantum van ‘actie’ genoemd. Zonder de term te specificeren actie , let op het epitheton. Hij benadrukt dat de onzekerheidsrelatie altijd geldig is. Als je de bewegingsomstandigheden en de massa van het deeltje kent, kun je inschatten wanneer het nodig is om rekening te houden met de kwantumwetten van beweging (met andere woorden, wanneer de golfeigenschappen van deeltjes en hun gevolgen - de onzekerheidsrelaties) niet kunnen worden verwaarloosd. , en wanneer het heel goed mogelijk is om de klassieke bewegingswetten te gebruiken. Laten we benadrukken: als het mogelijk is, dan is het noodzakelijk, aangezien de klassieke mechanica aanzienlijk eenvoudiger is dan de kwantummechanica.

Houd er rekening mee dat de constante van Planck wordt gedeeld door de massa (ze zijn opgenomen in combinaties). 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 waarden van de onzekerheden D te schatten gerelateerd aan de onzekerheidsrelatie ontdekt door Werner Heisenberg (1901-1974): D en D v. Als D gerelateerd aan de onzekerheidsrelatie ontdekt door Werner Heisenberg (1901-1974): D en D v zijn verwaarloosbaar in vergelijking met hun gemiddelde (klassieke) waarden, de formules van de klassieke mechanica beschrijven de beweging perfect als ze niet klein zijn, het is noodzakelijk om de kwantummechanica te gebruiken; Het heeft geen zin om rekening te houden met kwantumonzekerheid, zelfs als andere redenen (binnen het raamwerk van de klassieke mechanica) tot grotere onzekerheid leiden dan de Heisenberg-relatie.

Laten we eens naar één voorbeeld kijken. Houd er rekening mee dat we de mogelijkheid willen laten zien om klassieke mechanica te gebruiken. Denk eens aan een ‘deeltje’ met een massa van 1 gram en een grootte van 0,1 millimeter. Op menselijke schaal is dit een korrel, een licht, klein deeltje. Maar het is 10,24 keer zwaarder dan een proton en een miljoen keer groter dan een atoom!

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

Stel dat de temperatuur van waterstof 300 K is (we meten de temperatuur altijd op een absolute schaal, op de schaal van Kelvin; 300 K = 27 o C). Vermenigvuldiging van de temperatuur in Kelvin met de constante van Boltzmann k B = 1.381.10 -16 J/K, we zullen dit 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 vindt volledig willekeurig en in willekeurige richting plaats. Daarom is het logisch om de waarde van 10 -18 cm/s te beschouwen als een maatstaf voor de klassieke onzekerheid van de korrelsnelheid (D v) cl voor dit geval. Dus, (D v) klasse = 10 -18 cm/s. Het is blijkbaar erg moeilijk om de locatie van een korrel te bepalen met een nauwkeurigheid groter dan 0,1 van zijn grootte. Laten we accepteren (D gerelateerd aan de onzekerheidsrelatie ontdekt door Werner Heisenberg (1901-1974): D) cl = 10 -3 cm gerelateerd aan de onzekerheidsrelatie ontdekt door Werner Heisenberg (1901-1974): D) klasse (D v) cl = 10 -3 .10 -18 = 10 -21 . Het lijkt een zeer kleine waarde. In ieder geval zijn de onzekerheden in snelheid en positie zo klein dat rekening kan worden gehouden met de gemiddelde beweging van het graan. Maar vergeleken met de kwantumonzekerheid die wordt gedicteerd door de relatie van Heisenberg (D gerelateerd aan de onzekerheidsrelatie ontdekt door Werner Heisenberg (1901-1974): D X v= 10 -27), is de klassieke heterogeniteit enorm - in dit geval overschrijdt ze deze een miljoen keer.

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

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

De wereld om ons heen... Wie van ons heeft zijn betoverende schoonheid niet bewonderd? De bodemloze nachtelijke hemel, bezaaid met miljarden fonkelende mysterieuze sterren en de warmte van het zachte zonlicht. Smaragdgroene velden en bossen, stormachtige rivieren en uitgestrekte zeeën. Sprankelende toppen van majestueuze bergen en weelderige alpenweiden. Ochtenddauw en nachtegaal trillen bij zonsopgang. Een geurige roos en het rustige geruis van een beekje. Een brandende zonsondergang en het zachte geritsel van een berkenbos...

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

Het is echter veel diverser en complexer dan het op het eerste gezicht lijkt. We weten dat weelderige weiden niet zouden zijn verschenen zonder de fantastische rel van een eindeloze dans van flexibele groene grassprietjes, weelderige bomen gekleed in een smaragdgroen gewaad – zonder heel veel bladeren aan hun takken, en gouden stranden – zonder talloze sprankelende korrels van zand knerpt onder blote voeten in de zachte zomerzon. Het grote bestaat altijd uit het kleine. Klein - van nog kleiner. En er is waarschijnlijk geen limiet aan deze reeks.

Daarom bestaan ​​grassprieten en zandkorrels op hun beurt uit moleculen die uit atomen worden gevormd. Atomen bevatten, zoals bekend, elementaire deeltjes - elektronen, protonen en neutronen. Maar zij worden ook niet als de uiteindelijke autoriteit beschouwd. De moderne wetenschap beweert dat protonen en neutronen bijvoorbeeld bestaan ​​uit hypothetische energiebundels: quarks. Er wordt aangenomen dat er een nog kleiner deeltje bestaat: een preon, nog steeds onzichtbaar, onbekend, maar aangenomen.

De wereld van moleculen, atomen, elektronen, protonen, neutronen, fotonen, enz. meestal genoemd microkosmos. Hij is de basis macrokosmos- de menselijke wereld en de daarmee samenhangende hoeveelheden 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.

In het verslag van onze eerste expeditie maakten we al kennis met de megawereld “Adem van het heelal. Eerste reis" en we hebben al een idee van verre sterrenstelsels en het heelal. Op die gevaarlijke reis ontdekten we de wereld van donkere materie en donkere energie, peilden de diepten van zwarte gaten, bereikten de toppen van briljante quasars en ontsnapten op miraculeuze wijze aan de oerknal en niet minder aan de oerknal. Het universum verscheen voor ons in al zijn schoonheid en grootsheid. Tijdens onze reis realiseerden we ons dat sterren en sterrenstelsels niet uit zichzelf zijn ontstaan, maar gedurende miljarden jaren nauwgezet zijn gevormd uit deeltjes en atomen.

Het zijn deeltjes en atomen waaruit de hele wereld om ons heen bestaat. Zij zijn het, in hun talloze en diverse combinaties, die voor ons kunnen verschijnen, hetzij in de vorm van een prachtige Nederlandse roos, hetzij in de vorm van een ruwe 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 haar vertegenwoordigers.

Het is onmogelijk om de moderne wetenschap over de microkosmos voor te stellen zonder het elektron, het proton of het neutron te noemen. In elk referentiemateriaal over natuurkunde of scheikunde zullen we hun massa nauwkeurig vinden tot op 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 van min 1,602176565(35) x 10 -19 C, een levensduur van oneindig of minstens 4,6 x 10 26 jaar (Wikipedia).

De nauwkeurigheid bij het bepalen van de parameters van het elektron is indrukwekkend, en trots op de wetenschappelijke prestaties van de beschaving vervult ons hart! Het is waar dat er tegelijkertijd enige twijfels binnensluipen, waar je, hoe hard je ook je best voor doet, niet helemaal van af kunt komen. Het bepalen van de massa van een elektron gelijk aan een miljard - miljard - miljardste van een kilogram, en zelfs het wegen ervan tot op de negende decimaal, is naar mijn mening helemaal geen gemakkelijke zaak, net zoals het meten van de levensduur van een elektron op 4.600.000.000.000.000.000.000.000 000 jaar.

Bovendien heeft niemand dit elektron ooit gezien. Met de modernste microscopen kun je alleen de elektronenwolk rond de kern van een atoom zien, waarbinnen, zoals wetenschappers geloven, het elektron met enorme 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, maar ook over het proton en het neutron. We kunnen alleen maar speculeren en raden. Helaas is dit vandaag de dag het enige wat we kunnen doen.

Rijst. 1. Foto van elektronenwolken gemaakt door natuurkundigen van het Kharkov Instituut voor Natuurkunde en Technologie in september 2009

Maar een elektron of een proton zijn de kleinste elementaire deeltjes waaruit een atoom van welke stof dan ook bestaat. En als de onze technische middelen de studie van de microwereld laat ons nog niet toe deeltjes en atomen te zien, misschien beginnen we met iets b O groter en bekender? Bijvoorbeeld van een molecuul! Het bestaat uit atomen. Een molecuul is een groter en begrijpelijker object, dat waarschijnlijk dieper bestudeerd zal worden.

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

In augustus 2009 slaagden Europese onderzoekers er voor het eerst in om met behulp van ade structuur van een vrij groot pentaceenmolecuul (C 22 H 14) in beeld te brengen. De modernste technologie maakte het mogelijk om slechts vijf ringen te onderscheiden die de structuur van deze koolwaterstof bepalen, evenals vlekken van individuele koolstof- en waterstofatomen (Fig. 2). En dat is het enige wat we voorlopig kunnen doen...

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

en haar foto (hieronder)

Aan de ene kant stellen de verkregen foto's ons in staat te beweren dat het pad dat door scheikundige wetenschappers is gekozen en dat de samenstelling en structuur van moleculen beschrijft, niet langer aan twijfel onderhevig is, maar aan de andere kant kunnen we er alleen maar naar gissen

Hoe komt immers de verbinding tussen atomen in een molecuul en elementaire deeltjes in een atoom tot stand? Waarom zijn deze atomaire en moleculaire bindingen stabiel? Hoe worden ze gevormd, welke krachten ondersteunen ze? Hoe ziet een elektron, proton of neutron eruit? Wat is hun structuur? Wat is een atoomkern? Hoe bestaan ​​een proton en een neutron naast elkaar in dezelfde ruimte en waarom stoten ze een elektron daaruit af?

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

Bij mijn eerste pogingen om de geheimen van de microwereld te doorgronden, stuitte ik op een nogal oppervlakkig idee moderne wetenschap veel fundamentele kennis over de structuur van objecten in 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 duidelijk begrijpt hoe de kern van een atoom en de samenstellende deeltjes ervan - elektronen, protonen en neutronen - zijn gestructureerd. Wij hebben alleen algemene ideeën over wat er feitelijk gebeurt tijdens de splijting van een atoomkern, welke gebeurtenissen kunnen plaatsvinden tijdens een langdurig verloop van dit proces.

Studeren nucleaire reacties beperkt tot het observeren van processen en het vaststellen van bepaalde experimenteel afgeleide oorzaak-gevolgrelaties. Onderzoekers hebben alleen geleerd om te bepalen gedrag van bepaalde deeltjes onder de een of andere invloed. Dat is het! 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 omgezet in wiskundige formules op meerdere niveaus. Dat is de hele theorie!

Helaas was dit voldoende om moedig te beginnen met de bouw van kerncentrales, verschillende versnellers, botsers en de creatie van kernbommen. Nadat ze primaire kennis over nucleaire processen had ontvangen, begon de mensheid onmiddellijk aan een ongekende race om het bezit van krachtige energie onder haar controle.

Het aantal landen dat over een nucleair potentieel beschikt, groeide met grote sprongen. Kernraketten wierpen in grote aantallen een dreigende blik op hun onvriendelijke buren. Er begonnen kerncentrales te verschijnen, die voortdurend goedkoop produceerden elektrische energie. Er werden enorme hoeveelheden geld uitgegeven aan de nucleaire ontwikkeling van steeds meer nieuwe ontwerpen. De wetenschap, die in de atoomkern probeerde te kijken, bouwde intensief ultramoderne deeltjesversnellers.

De materie bereikte echter niet de structuur van het atoom en zijn kern. De passie voor het zoeken naar steeds meer nieuwe deeltjes en het nastreven van Nobelprijsregalia heeft een diepgaande studie van de structuur van de atoomkern en de daarin opgenomen deeltjes naar de achtergrond geschoven.

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

Deze lijst toont de data en locaties van spontane kernreacties:

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

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

15/03/1953. USSR, Tsjeljabinsk-65, PA "Majak".

21/04/1953. USSR, Tsjeljabinsk-65, PA "Majak".

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

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

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

01/03/1963. USSR, Tomsk-7, Siberische chemische fabriek.

23/07/1964. VS, Woodreaver, radiochemische fabriek.

30-12-1965. België, Mol.

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

10-12-1968. USSR, Tsjeljabinsk-65, PA "Majak".

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

13/12/1978. USSR, Tomsk-7, Siberische chemische fabriek.

23/09/1983. Argentinië, RA-2 reactor.

15/05/1997. Rusland, Novosibirsk, fabriek voor chemische concentraten.

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

30-09-1999. Japan, Tokaimura, kernbrandstofcentrale.

Aan deze lijst moeten talloze ongevallen worden toegevoegd met lucht- en onderwaterdragers van kernwapens, incidenten bij bedrijven in de splijtstofcyclus, 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 zitten duizenden dode mensen. En dit zet je aan het denken heel serieus.

Alleen al de gedachte aan werkende kerncentrales, die de hele wereld onmiddellijk in een continu proces kunnen veranderen radioactieve zone, schrikt. Helaas zijn deze angsten gegrond. Allereerst omdat de makers van kernreactoren in hun werk zijn gebruikte geen fundamentele kennis, maar een verklaring van bepaalde wiskundige afhankelijkheden en gedrag van deeltjes, op basis waarvan een gevaarlijke nucleaire structuur werd gebouwd. Voor wetenschappers zijn kernreacties nog steeds een soort ‘zwarte doos’ die werkt, afhankelijk van bepaalde acties en vereisten.

Als er echter iets begint te gebeuren in deze ‘doos’ en dit ‘iets’ wordt niet beschreven in de instructies en valt buiten de reikwijdte van de verworven kennis, dan kunnen we, afgezien van ons eigen heldendom en niet-intellectueel werk, nergens tegen zijn. voor de zich ontwikkelende kernramp. Massa's mensen worden gedwongen om eenvoudigweg nederig het dreigende gevaar af te wachten, zich voor te bereiden op verschrikkelijke en onbegrijpelijke gevolgen en zich naar een veilige afstand te verplaatsen, naar hun mening. Nucleaire specialisten halen in de meeste gevallen gewoon hun schouders op, biddend en wachtend op hulp van hogere machten.

Japanse kernwetenschappers, gewapend met de meeste moderne technologie, kunnen de lang uitgeschakelde kerncentrale in Fukushima nog steeds niet beteugelen. Ze kunnen alleen maar stellen dat op 18 oktober 2013 het stralingsniveau in grondwater overtrof de norm ruim 2500 keer. Een dag later steeg het gehalte aan radioactieve stoffen in het water bijna 12.000 keer! Waarom?! Japanse specialisten kunnen deze vraag nog niet beantwoorden of deze processen stoppen.

Het risico van het maken van een atoombom was op de een of andere manier nog steeds gerechtvaardigd. De gespannen militair-politieke situatie op de planeet vereiste ongekende defensie- en aanvalsmaatregelen van de strijdende landen. Kernonderzoekers onderwierpen zich aan de situatie en namen risico's zonder zich te verdiepen in de complexiteit van de structuur en het functioneren van elementaire deeltjes en atoomkernen.

In vredestijd moest echter de bouw van kerncentrales en allerlei soorten botsingen beginnen alleen op voorwaarde, Wat De wetenschap heeft de structuur van de atoomkern, het elektron, het neutron, het proton en hun relaties volledig begrepen. Bovendien moet bij kerncentrales de kernreactie streng worden gecontroleerd. Maar u kunt alleen echt en effectief beheren wat u grondig kent. Vooral als het om de krachtigste vorm van energie van vandaag gaat, die helemaal niet gemakkelijk te beteugelen is. Dit gebeurt uiteraard niet. Niet alleen tijdens de bouw van kerncentrales.

Momenteel zijn er in Rusland, China, de VS en Europa zes verschillende botsers: krachtige versnellers van tegenstromen van deeltjes die ze tot enorme snelheden versnellen, waardoor de deeltjes een hoge kinetische energie krijgen, om ze vervolgens met elkaar te laten botsen. Het doel van de botsing is om de producten van de botsing van deeltjes te bestuderen in de hoop dat het tijdens hun verval mogelijk zal zijn om iets nieuws en tot nu toe onbekends te zien.

Het is duidelijk dat onderzoekers zeer geïnteresseerd zijn om te zien wat hiervan zal komen. De snelheid van deeltjesbotsingen en het niveau van de toewijzing van wetenschappelijk onderzoek nemen toe, maar de kennis over de structuur van wat botst is al vele, vele jaren op hetzelfde niveau gebleven. Er zijn nog steeds geen onderbouwde voorspellingen over de resultaten van geplande onderzoeken, en dat kan ook niet gebeuren. Niet toevallig. We begrijpen heel goed dat wetenschappelijke voorspellingen alleen mogelijk zijn als we nauwkeurige en geverifieerde kennis hebben van ten minste de details van het voorspelde proces. De moderne wetenschap beschikt nog niet over dergelijke kennis over elementaire deeltjes. In dit geval kan worden aangenomen dat het hoofdprincipe bestaande methoden onderzoek wordt de positie: “Laten we proberen het te doen en kijken wat er gebeurt.” Helaas.

Daarom is het heel normaal dat kwesties die verband houden met de gevaren van experimenten tegenwoordig steeds vaker worden besproken. Er is niet eens sprake van de mogelijkheid dat tijdens experimenten microscopisch kleine zwarte gaten ontstaan ​​die, als ze groeien, onze planeet kunnen verslinden. Ik geloof niet echt in een dergelijke mogelijkheid, tenminste niet op het huidige niveau en stadium van mijn intellectuele ontwikkeling.

Maar er schuilt een dieper en reëler gevaar. In de Large Hadron Collider botsen stromen protonen of loodionen bijvoorbeeld in verschillende configuraties. Het lijkt erop dat welke dreiging kan komen van een microscopisch klein deeltje, en zelfs ondergronds, in een tunnel ingekapseld in krachtige metalen en betonnen bescherming? Een deeltje met een gewicht van 1.672.621.777(74) x 10 -27 kg en een stevige, meer dan 26 kilometer lange tunnel van meerdere tonnen in de dikte van zware grond zijn duidelijk onvergelijkbare categorieën.

De dreiging bestaat echter. Bij het uitvoeren van experimenten is het waarschijnlijk dat er een ongecontroleerde vrijgave van een enorme hoeveelheid energie zal plaatsvinden, die niet alleen zal verschijnen als gevolg van het breken van intranucleaire krachten, maar ook van de energie die zich in de protonen of loodionen bevindt. Nucleaire explosie van een moderne ballistische raket, gebaseerd op het vrijkomen van de intranucleaire energie van een atoom, zal niet slechter lijken dan een nieuwjaarskraker in vergelijking met de krachtige energie die kan vrijkomen bij de vernietiging van elementaire deeltjes. Geheel onverwacht kunnen we de sprookjesgeest uit de fles laten. Maar niet die flexibele, goedaardige en alleskunner die alleen maar luistert en gehoorzaamt, maar een oncontroleerbaar, almachtig en meedogenloos monster dat geen barmhartigheid en barmhartigheid kent. En het zal niet fantastisch zijn, maar heel reëel.

Maar het ergste is dat, net als bij een atoombom, een kettingreactie kan beginnen in een botsing, waarbij steeds meer hoeveelheden energie vrijkomen en alle andere elementaire deeltjes worden vernietigd. Tegelijkertijd maakt het helemaal niet uit waar ze uit zullen bestaan: de metalen structuren van de tunnel, betonnen muren of rotsen. Overal zal energie vrijkomen, waardoor alles wordt verscheurd dat niet alleen met onze beschaving, maar met de hele planeet verbonden is. In een oogwenk kunnen er alleen maar zielige, vormeloze flarden overblijven van onze lieflijke blauwe schoonheid, verspreid over de grote en uitgestrekte gebieden van het heelal.

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

Ik ben niet tegen experimenten, omdat ik heel goed begrijp dat de weg naar nieuwe kennis altijd netelig en moeilijk is. Het is bijna onmogelijk om dit te overwinnen zonder te experimenteren. Ik ben er echter diep van overtuigd dat elk experiment alleen mag worden uitgevoerd als het veilig is voor mens en milieu. Tegenwoordig hebben we geen vertrouwen in een dergelijke veiligheid. Nee, want er is geen kennis over die deeltjes waarmee we vandaag de dag al experimenteren.

De situatie bleek veel alarmerender dan ik vooraf had gedacht. Ernstig bezorgd stortte ik me halsoverkop in de wereld van kennis over de microkosmos. Ik geef toe dat dit mij niet veel plezier deed, omdat het in de ontwikkelde theorieën over de microwereld moeilijk was om een ​​duidelijk verband te leggen tussen natuurlijke verschijnselen en de conclusies waarop sommige wetenschappers zich baseerden, met behulp van de theoretische principes 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 microwereld meer gebaseerd is op aannames die geen duidelijke logische rechtvaardiging hebben. Na verzadigd te zijn, wiskundige modellen 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, die theoretici echter voldoende gedetailleerd en nauwkeurig hebben beschreven A Zijn er praktijksituaties die antwoord geven op de vraag: “Wat gebeurt er als…?” De hoofdvraag: “Waarom gebeurt dit?” bleef helaas onbeantwoord.

Het leek mij dat het begrijpen van het grenzeloze heelal en zijn zeer verre sterrenstelsels, verspreid over fantastisch grote afstanden, veel moeilijker is dan het vinden van een pad van kennis naar wat in feite ‘onder onze voeten ligt’. Gebaseerd op de basis van uw gemiddelde en hoger onderwijs Ik geloofde oprecht dat onze beschaving niet langer vragen heeft over de structuur van het atoom en zijn kern, of over elementaire deeltjes en hun structuur, of over de krachten die het elektron in een baan om de aarde houden en een stabiele verbinding tussen protonen en neutronen in stand houden. kern van het atoom.

Tot dat moment had ik de grondbeginselen van de kwantumfysica niet hoeven bestuderen, maar ik had er vertrouwen in en nam naïef aan dat deze nieuwe natuurkunde ons werkelijk uit de duisternis van het misverstand over de microwereld zou leiden.

Maar tot mijn grote ergernis vergiste ik mij. 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 al lange tijd vast in een intellectuele impasse, waardoor ze zich niet kunnen ontwikkelen en verbeteren, terwijl ze zich voortbewegen op het pad van kennis van het atoom en elementaire deeltjes.

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

Een analyse van de moderne theoretische kwantumfysica stelt ons in staat een definitieve 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 bepaalde mechanistische statistieken. Het belangrijkste in de theorie is niet de studie van elementaire deeltjes, hun structuur, hun verbindingen en interacties in de manifestatie van bepaalde natuurlijke verschijnselen, maar vereenvoudigde probabilistische wiskundige modellen gebaseerd op afhankelijkheden verkregen tijdens experimenten.

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

De studie van de structuur van elementaire deeltjes was beperkt tot de aanname van de aanwezigheid van drie hypothetische quarks in protonen en neutronen, waarvan de variëteiten, naarmate deze theoretische aanname zich ontwikkelde, veranderden van twee, vervolgens drie, vier, zes, twaalf. De wetenschap paste zich eenvoudigweg aan de resultaten van experimenten aan en werd gedwongen nieuwe elementen te bedenken waarvan het bestaan ​​nog steeds niet is bewezen. Hier kunnen we horen over preonen en gravitonen die nog niet zijn gevonden. Je kunt er zeker van zijn dat het aantal hypothetische deeltjes zal blijven groeien naarmate de wetenschap van de microwereld dieper en dieper op een dood spoor belandt.

Het gebrek aan begrip van de fysische processen die plaatsvinden in elementaire deeltjes en atoomkernen, het mechanisme van interactie tussen systemen en elementen van de microwereld, heeft hypothetische elementen – dragers van interactie – in de arena van de moderne wetenschap gebracht, zoals ijk- en vectorbosonen, gluonen , virtuele fotonen. Zij zijn degenen die bovenaan de lijst staan ​​van entiteiten die verantwoordelijk zijn voor de interactieprocessen van sommige deeltjes met andere. En het maakt niet uit dat zelfs hun indirecte signalen niet zijn gedetecteerd. Het is belangrijk dat ze op zijn minst op de een of andere manier verantwoordelijk kunnen worden gehouden voor het feit dat de kern van een atoom niet uiteenvalt in zijn componenten, dat de maan niet op de aarde valt, dat elektronen nog steeds in hun baan roteren, en dat de Het magnetische veld van de planeet beschermt ons nog steeds tegen kosmische invloeden.

Dit alles maakte me verdrietig, want hoe meer ik me verdiepte in de theorieën 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. Het standpunt van de hedendaagse wetenschap over de microkosmos is niet toevallig, maar natuurlijk. Feit is dat de fundamenten van de kwantumfysica door de laureaten zijn gelegd Nobelprijzen Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli en Paul Dirac in de late negentiende en vroege twintigste eeuw. Natuurkundigen beschikten destijds alleen over de resultaten van enkele eerste experimenten gericht op het bestuderen van atomen en elementaire deeltjes. Er moet echter worden toegegeven dat deze onderzoeken werden uitgevoerd op onvolmaakte apparatuur die overeenkwam met die tijd, en dat de experimentele database nog maar net gevuld begon te worden.

Daarom is het niet verrassend dat de klassieke natuurkunde niet altijd de talrijke vragen kon beantwoorden 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 veranderingen in het systeem van onderzoek naar de microwereld. Deze situatie heeft progressieve theoretische wetenschappers er zeker toe aangezet om naar nieuwe manieren en nieuwe methoden te zoeken om de microwereld te begrijpen.

Het probleem, daar moeten we hulde aan brengen, lag niet in de verouderde voorzieningen van de klassieke natuurkunde, maar in een onvoldoende ontwikkelde technische basis, die op dat moment, heel begrijpelijk, niet de noodzakelijke onderzoeksresultaten kon opleveren en geen voedsel kon bieden voor diepere theoretische ontwikkelingen. Het gat moest worden opgevuld. En het was gevuld. Een nieuwe theorie: de kwantumfysica, voornamelijk gebaseerd op probabilistische wiskundige concepten. Daar was niets mis mee, behalve dat ze tegelijkertijd de filosofie vergaten en zich losmaakten van de echte wereld.

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

Natuurlijk kon deze stand van de moderne wetenschap over de microwereld me niet anders dan opwinden, en ik begon me onmiddellijk voor te bereiden op een nieuwe expeditie, op een nieuwe reis. Op een reis naar de microwereld. 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 universum wordt geboren en een volwaardig leven leidt. In zijn rapport “Adem van het heelal. Eerste reis“We probeerden 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 nodig zal hebben om de schaal van de ruimte waarin we zullen moeten studeren te verkleinen de wereld om ons heen Ik begon me voor te bereiden op penetratie, niet alleen in de structuur van een atoom of molecuul, maar ook in de diepten van het elektron en proton, neutron en foton, en in volumes die miljoenen keren kleiner zijn dan de volumes van deze deeltjes. Dit vereiste speciale training, nieuwe kennis en geavanceerde apparatuur.

De komende reis omvatte het starten vanaf het allereerste begin van de schepping van onze wereld, en dit begin was het gevaarlijkst 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 microkosmos, of dat we zouden blijven balanceren op de wankele touwbrug van de moderne kernenergie, waarbij we elke seconde het leven en bestaan ​​van de beschaving op het spel zouden zetten. planeet in levensgevaar.

Het punt is dat het, om de eerste resultaten van ons onderzoek te kennen, nodig was om naar het zwarte gat van het heelal te gaan en, het gevoel van zelfbehoud te verwaarlozen, de brandende hel van de universele tunnel binnen te rennen. Alleen daar, onder omstandigheden van ultrahoge temperaturen en fantastische druk, zorgvuldig bewegend in 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 – herboren wordt. , begrijp alle processen die plaatsvinden, inclusief de vorming van deeltjes, atomen en moleculen.

Geloof me, er zijn niet veel waaghalzen op aarde die daartoe kunnen besluiten. Bovendien is het resultaat door niemand gegarandeerd en is niemand bereid er verantwoordelijkheid voor te nemen succesvol resultaat deze reis. Tijdens het bestaan ​​van de beschaving heeft niemand zelfs maar het zwarte gat van de Melkweg bezocht, maar hier - UNIVERSUM! Alles is hier volwassen, grandioos en kosmisch geschaald. Geen grap hier. Hier kunnen ze het menselijk lichaam in een oogwenk veranderen in een microscopisch klein, heet energieklontertje, of het verspreiden over de eindeloze, koude uitgestrektheid van de ruimte, zonder recht op herstel en hereniging. Dit is het universum! Enorm en majestueus, koud en warm, eindeloos en mysterieus...

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

Het is duidelijk dat jezelf beschermen en in leven blijven terwijl je je in een gloeiend hete universele tunnel stort, gevuld met krachtige explosies en kernreacties, verre van eenvoudig is, en dat onze uitrusting moet overeenkomen met de omstandigheden waarin we zullen moeten werken. Daarom is het absoluut noodzakelijk om je voor te bereiden beste uitrusting en overweeg zorgvuldig tot in detail de uitrusting voor alle deelnemers aan deze gevaarlijke expeditie.

Allereerst zullen we op onze 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 heelal. De eerste reis." Natuurlijk is dat zo wetten van de wereld. Zonder het gebruik ervan had onze eerste reis nauwelijks succesvol kunnen eindigen. Het waren de wetten die het mogelijk maakten om het juiste pad te vinden tussen de opeenstapeling van onbegrijpelijke verschijnselen en de twijfelachtige conclusies van onderzoekers om ze te verklaren.

Als je het je herinnert wet van evenwicht tussen tegenstellingen, Het vooraf bepalen dat in de wereld elke manifestatie van de werkelijkheid, elk systeem zijn tegenovergestelde essentie heeft en daarmee in balans is of ernaar streeft, heeft ons in staat gesteld de aanwezigheid in de wereld om ons heen te begrijpen en te accepteren, naast gewone energie, ook van duistere energie. 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 soorten bestaat: positief en negatief.

Wet van Universele Interconnectie, wat een stabiele, zich herhalende verbinding impliceert tussen alle objecten, processen en systemen in het heelal, ongeacht hun schaal, en wet van de hiërarchie, het rangschikken van de niveaus van elk systeem in het universum van laag naar hoog, maakte het mogelijk om een ​​logische ‘ladder van wezens’ te bouwen van ether, deeltjes, atomen, substanties, sterren en sterrenstelsels naar het universum. En zoek dan manieren om een ​​ongelooflijk groot aantal sterrenstelsels, sterren, planeten en andere materiële objecten te transformeren, eerst in deeltjes en vervolgens in stromen hete ether.

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

Alleen maar begrip wet van continuïteit van beweging, dat zonder uitzondering de objectieve noodzaak interpreteert van het proces van constante beweging in de ruimte voor alle objecten en systemen, stelde ons in staat de rotatie van de kern van het heelal en sterrenstelsels rond de universele tunnel te realiseren.

De wetten van de structuur van de wereld waren een soort kaart van onze reis, die ons hielp langs de route te bewegen en de moeilijkste delen 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 het belangrijkste kenmerk van onze uitrusting zijn op deze reis naar de diepten van het heelal.

Seconde een belangrijke voorwaarde succes bij het penetreren van de diepten van het heelal zal zeker succes hebben experimentele resultaten wetenschappers die ze al meer dan honderd jaar uitvoerden, en zo voorraad kennis en informatie over verschijnselen microwereld verzameld door de moderne wetenschap. Tijdens onze eerste reis raakten we ervan overtuigd dat veel natuurverschijnselen op verschillende manieren kunnen worden geïnterpreteerd en dat er 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 vorm geeft aan de theoretische posities 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 ze verder moeten gaan, zijn misschien niet helemaal correct.

De situatie kan worden vergeleken met de wens om langs twee wegen van Parijs naar het naar Charles De Gaulle vernoemde vliegveld te komen. De eerste is de kortste, die niet langer dan een half uur kan duren, met alleen een auto, en de tweede is precies het tegenovergestelde: over de hele wereld per auto, schip, speciale uitrusting, boten, hondensleeën door Frankrijk, de Atlantische Oceaan, Zuid-Amerika, Antarctica, Stille Oceaan, het Noordpoolgebied en uiteindelijk via Noordoost-Frankrijk rechtstreeks naar het vliegveld. Beide wegen leiden ons van één punt naar dezelfde plaats. Maar in welke tijd en met welke inspanning? Ja, en het handhaven van de nauwkeurigheid en het bereiken van uw bestemming tijdens een lange en moeilijke reis is zeer problematisch. Daarom is niet alleen het bewegingsproces belangrijk, maar ook de keuze van het juiste pad.

Op onze reis zullen we, net als bij de eerste expeditie, proberen een iets andere blik te werpen op de conclusies over de microwereld die al zijn gemaakt en door iedereen zijn geaccepteerd wetenschappelijke wereld. In de eerste plaats in relatie tot de kennis die is opgedaan bij de studie van elementaire deeltjes, kernreacties en bestaande interacties. Het is heel goed mogelijk dat als gevolg van onze onderdompeling in de diepten van het heelal het elektron voor ons zal verschijnen, niet als een structuurloos deeltje, maar als een complexer object van de microwereld, en de kern van het atoom zijn diverse eigenschappen zal onthullen. structuur, die zijn eigen ongewone en actieve leven leidt.

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

Logica alleen zal echter duidelijk niet voldoende zijn. Op deze expeditie kunnen we niet zonder intuïtie. Intuïtie zal ons in staat stellen iets te vinden waar we nog niet eens naar kunnen raden, en waar nog niemand vóór ons naar heeft gezocht. Het is de intuïtie die onze geweldige assistent is, naar wiens stem we aandachtig zullen luisteren. De intuïtie zal ons dwingen om te bewegen, ongeacht regen en kou, sneeuw en vorst, zonder vaste hoop en duidelijke informatie, maar het is precies dit dat ons in staat zal stellen ons doel te bereiken, in strijd met alle regels en richtlijnen waaraan de hele mensheid zich heeft gehouden. sinds school gewend raken.

Ten slotte kunnen we nergens heen zonder onze ongebreidelde verbeeldingskracht. Verbeelding- dit is het kennisinstrument dat we nodig hebben, waarmee we, zonder de modernste microscopen, kunnen zien wat veel kleiner is dan de kleinste deeltjes die al zijn ontdekt of alleen door onderzoekers zijn aangenomen. De verbeelding zal ons alle processen demonstreren die plaatsvinden in het zwarte gat en in de universele tunnel, en de mechanismen van het optreden ervan verschaffen. zwaartekrachten tijdens de vorming van deeltjes en atomen, leidt je door de galerijen van de atoomkern en geeft je de mogelijkheid om een ​​spannende vlucht te maken op een licht roterend elektron rond het vaste, maar onhandige gezelschap van protonen en neutronen in de atoomkern.

Helaas kunnen we niets anders meenemen op deze reis naar de diepten van het heelal - er is heel weinig ruimte en we moeten ons zelfs tot de meest noodzakelijke dingen beperken. Maar dat kan ons niet tegenhouden! Het doel is voor ons duidelijk! De diepten van het heelal wachten op ons!

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

1. SwissMiniGun-pistool

De SwissMiniGun is niet groter dan een gewone sleutel, maar kan wel kleine kogeltjes afvuren die uit de loop vliegen bij snelheden van meer dan 430 km/u. Dit is meer dan genoeg om iemand van dichtbij te doden.

2. Schil 50 auto

Met een gewicht van slechts 69 kg is de Peel 50 de kleinste auto die ooit is goedgekeurd voor gebruik op de weg. Deze driewielige Pepelats kon een snelheid bereiken van 16 km/u.

3. Kalou-school

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

4. Theepot met een gewicht van 1,4 gram

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

5. Sark-gevangenis

De Sark-gevangenis werd in 1856 op de Kanaaleilanden gebouwd. Er was plaats voor slechts 2 gevangenen, die zich in zeer krappe omstandigheden bevonden.

6. Tumbleweed

Dit huis heette "Perakati Field" (Tumbleweed). Het werd gebouwd door Jay Schafer uit San Francisco. Hoewel het huis kleiner is dan de kasten van sommige mensen (het is slechts 9 vierkante meter), het bevat 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. Tegelijkertijd beschikt het park over een zwembad voor vlinders, een miniatuurreuzenrad en kleine beeldjes.

8. Edward Niño Hernandez

Edward Niño Hernandez uit Colombia is slechts 68 centimeter lang. Het Guinness Book of Records erkende hem als de kleinste man 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 leed aan dyslexie en slechte schoolprestaties, vond troost in het maken van miniatuurkunstwerken. Zijn sculpturen zijn nauwelijks zichtbaar met het blote oog.

11. Mycoplasma Genitalium-bacterie

12. Varkenscircovirus

Hoewel er nog steeds discussie bestaat over wat als ‘levend’ wordt beschouwd en wat niet, classificeren de meeste biologen het virus niet als een levend organisme vanwege het feit dat het zich niet kan voortplanten of geen metabolisme heeft. Een virus kan echter veel kleiner zijn dan welk levend organisme dan ook, inclusief bacteriën. Het kleinste is een enkelstrengig DNA-virus, het porcine circovirus. 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 iemand onder bepaalde omstandigheden een amoebe, een pantoffelciliaat en zelfs een menselijk ei kan zien.

14. Quarks, leptonen en antimaterie...

De afgelopen eeuw hebben wetenschappers dit bereikt groot succes in het begrijpen van de uitgestrektheid van de ruimte en de microscopische ‘bouwstenen’ waaruit deze is samengesteld. Toen het erop aankwam om uit te zoeken wat het kleinste waarneembare deeltje in het universum was, stuitten mensen op een aantal problemen. Op een gegeven moment dachten ze dat het een atoom was. Wetenschappers ontdekten toen een proton, een neutron en een elektron.

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

15. Trillende snaren van subatomaire deeltjes

Als je bedenkt wat hierboven is gezegd over het concept dat grootte geen betekenis heeft op kwantumniveau, zou je aan de snaartheorie kunnen denken. Dit is een enigszins controversiële theorie die suggereert dat alle subatomaire deeltjes zijn gemaakt van trillende snaren die op elkaar inwerken om zaken als massa en energie te creëren. Omdat deze snaren technisch gezien geen fysieke omvang hebben, kan worden gesteld dat ze in zekere zin de ‘kleinste’ objecten in het heelal zijn.

Op de vraag Wat is het kleinste deeltje in het heelal? Quark, Neutrino, Higgs Boson of Planck Zwart Gat? gegeven door de auteur Kaukasisch het beste antwoord is: Fundamentele deeltjes hebben allemaal een grootte van nul (straal is nul). Op gewicht. Er zijn deeltjes met een massa gelijk aan nul (foton, gluon, graviton). Van de massieve neutrino's hebben neutrino's de kleinste massa (minder dan 0,28 eV/s^2, preciezer nog niet gemeten). Frequentie en tijd zijn geen kenmerken van deeltjes. Je kunt over de tijden van het leven praten, maar dit is een ander gesprek.

Antwoord van Steek[goeroe]
Moskee zerobubus.

Antwoord van Michail Levin[goeroe]
In feite bestaat er praktisch geen concept van ‘grootte’ in de microkosmos. Welnu, voor een kern kun je nog steeds praten over een soort analoog van grootte, bijvoorbeeld door de waarschijnlijkheid dat elektronen uit een straal erin terechtkomen, maar voor kleinere niet.

Antwoord van maak Christus[goeroe]
‘grootte’ van een elementair deeltje is een kenmerk van een deeltje en weerspiegelt de ruimtelijke verdeling van zijn massa of elektrische lading; meestal praten ze over de zogenaamde. wortelgemiddelde vierkante straal van de elektrische ladingsverdeling (die tegelijkertijd de massaverdeling kenmerkt)
Gauge-bosonen en leptonen vertonen, binnen de nauwkeurigheid van de uitgevoerde metingen, geen eindige ‘afmetingen’. Dit betekent dat hun "maten"< 10^-16 см
In tegenstelling tot echt elementaire deeltjes zijn de ‘groottes’ van hadronen eindig. Hun karakteristieke wortel-gemiddelde-vierkante straal wordt bepaald door de opsluitingsstraal (of opsluiting van quarks) en is in de orde van grootte gelijk aan 10 ^ -13 cm. Bovendien varieert deze uiteraard van hadron tot hadron.

Antwoord van Kirill Odding[goeroe]
Een van de grote natuurkundigen zei (misschien niet Niels Bohr?) “Als het je lukt om de kwantummechanica in visuele termen uit te leggen, ga dan je Nobelprijs in ontvangst nemen.”

Antwoord van SerSjkod Polikanov Sergej[goeroe]
Wat is het kleinste elementaire deeltje in het heelal?
Elementaire deeltjes creëren een zwaartekrachteffect.
Nog minder?
Elementaire deeltjes die de deeltjes in beweging zetten die het zwaartekrachteffect creëren
maar zij zijn er zelf bij betrokken.
Er zijn nog kleinere elementaire deeltjes.
Hun parameters passen niet eens in de berekeningen omdat de structuren en hun fysieke parameters onbekend zijn.

Antwoord van Misha Nikitin[actief]
KWART

Antwoord van Matipati Kipirofinovitsj[actief]
PLANCK ZWART GAT

Antwoord van Bro qwerty[nieuweling]
Quarks zijn de kleinste deeltjes ter wereld. Voor het universum bestaat er geen concept van grootte; het is grenzeloos. Als je een machine uitvindt om een ​​mens kleiner te maken, dan zal het mogelijk zijn om oneindig kleiner, kleiner, kleiner te worden... Ja, Quark is het kleinste “deeltje” Maar er is iets dat kleiner is dan een deeltje. Ruimte. Niet. Heeft. Maat.

Antwoord van Anton Kurochka[actief]
Proton Neutron 1*10^-15 1 femtometer
Quark-U Quark-D Elektron 1*10^-18 1 attometer
Quark-S 4*10^-19 400 zeptometers
Quark-C 1*10^-19 100 zeptometers
Quark-B 3*10^-20 30 zeptometers
Neutrino's met hoge energie 1,5 * 10 ^ -20 15 zeptometers
Preon 1*10^-21 1 zeptometer
Quark-T 1*10^-22 100 yoctometers
MeV Neutrino 2*10^-23 20 yoctometers
Neutrino 1*10^-24 1 yoctometer -(zoooo klein formaat!!!) -
Plonk-deeltje 1,6*10^-35 0,000 000 000 016 yoctometer
Quantumschuim Quantumsnaar 1*10^-35 0,000 000 000 01 yoktometer
Dit is een tabel met deeltjesgroottes. En hier kun je zien dat het kleinste deeltje het Planck-deeltje is, maar omdat het te klein is, is het Neutrino het kleinste deeltje. Maar voor het heelal is alleen de Plancklengte kleiner

De wereld en de wetenschap staan ​​nooit stil. Onlangs schreven natuurkundeboeken vol vertrouwen dat het elektron het kleinste deeltje is. Toen werden mesonen de kleinste deeltjes, daarna bosonen. En nu heeft de wetenschap iets nieuws ontdekt het kleinste deeltje in het heelal- Planckzwart gat. Toegegeven, het is nog steeds alleen in theorie open. Dit deeltje wordt geclassificeerd als een zwart gat omdat de zwaartekrachtstraal groter is dan of gelijk is aan de golflengte. Van alle bestaande zwarte gaten is dat van Planck de kleinste.

De levensduur van deze deeltjes is te kort om praktische detectie ervan mogelijk te maken. In ieder geval voorlopig. En ze worden gevormd, zoals algemeen wordt aangenomen, als gevolg van kernreacties. Maar het is niet alleen de levensduur van zwarte gaten van Planck die hun detectie verhindert. Helaas is dit technisch gezien onmogelijk. Om zwarte gaten van Planck te synthetiseren is een energieversneller van meer dan duizend elektronvolt nodig.

Video:

Ondanks dit hypothetische bestaan ​​van dit kleinste deeltje in het heelal, is zijn praktische ontdekking in de toekomst is heel goed mogelijk. Nog niet zo lang geleden kon het legendarische Higgsdeeltje immers ook niet ontdekt worden. Het was vanwege zijn ontdekking dat er een installatie werd gecreëerd waar alleen de meest luie bewoner op aarde nog nooit van heeft gehoord: de Large Hadron Collider. Het vertrouwen van de wetenschappers in het succes van deze onderzoeken hielp een sensationeel resultaat te bereiken. Het Higgsdeeltje is momenteel het kleinste deeltje waarvan het bestaan ​​praktisch bewezen is. De ontdekking ervan is erg belangrijk voor de wetenschap; het zorgde ervoor dat alle deeltjes massa konden krijgen. En als deeltjes geen massa hadden, zou het universum niet kunnen bestaan. Er kon geen enkele substantie in worden gevormd.

Ondanks het praktisch bewezen bestaan ​​van dit deeltje, het Higgsdeeltje, zijn er nog geen praktische toepassingen voor uitgevonden. Voorlopig is dit slechts theoretische kennis. Maar in de toekomst is alles mogelijk. Niet alle ontdekkingen op het gebied van de natuurkunde waren onmiddellijk praktische toepassing. Niemand weet wat er over honderd jaar zal gebeuren. Zoals eerder vermeld staan ​​de wereld en de wetenschap immers nooit stil.