Главная · Поиск книг · Поступления книг · Top 40 · Форумы · Ссылки · Читатели

Настройка текста
Перенос строк


    Прохождения игр    
Roman legionnaire vs Knight Artorias
Ghost-Skeleton in DSR
Expedition SCP-432-4
Expedition SCP-432-3 DATA EXPUNGED

Другие игры...


liveinternet.ru: показано число просмотров за 24 часа, посетителей за 24 часа и за сегодня
Rambler's Top100
Философия - Капра Фритьоф Весь текст 584.04 Kb

Дао физики

Предыдущая страница Следующая страница
1 ... 4 5 6 7 8 9 10  11 12 13 14 15 16 17 ... 50
нормальных условиях он всегда будет на нижней орбите, которая называется
"стационарным состоянием" атома. Оттуда  электрон,  получив  необходимое
количество энергии, может перескочить на более высокие орбиты,  и  тогда
говорят, что атом находится в "возбужденном состоянии", из которого  мо-
жет вновь перейти в стационарное, испустив избыточное количество энергии
в силе фотона, или кванта электромагнитного излучения. Все атомы,  обла-
дающие одинаковым количеством  электронов,  характеризуются  одинаковыми
очертаниями электронных орбит и одинаковым расстоянием между ними.  Поэ-
тому два атома-скажем, кислорода,-абсолютно идентичны. Приходя в возбуж-
денное состояние-например, сталкиваясь в воздухе с  другими  атомами,  в
итоге все они неизбежно возвращаются в одно и то же состояние. Так, вол-
новая природа электронов обуславливает идентичность атомов одного  хими-
ческого элемента и их высокую механическую устойчивость.

   Состояния атома могут быть описаны при помощи ряда целых чисел, полу-
чивших название "квантовых чисел" и обозначающих местонахождение и форму
электронных орбит. Первое квантовое число-это номер орбиты, определяющий
количество энергии, которым должен обладать электрон для того, чгобы на-
ходиться на ней; два других числа определяют  точную  форму  электронной
волны на орбите, а также скорость и направление вращения электрона, при-
чем не следует понимать "вращение" электрона в  классическом  механисти-
ческом смысле: оно определяется формой электронной волны в терминах  ве-
роятности существования частицы в определенных точках орбиты.  Поскольку
эти характеристики выражаются целыми числами, это  означает,  что  коли-
чество вращения электрона увеличивается не  постепенно,  а  скачкообраз-
но-от одной фиксированной величины к другой. Большие значения  квантовых
чисел соответствуют возбужденным состояниям атома, в то время как элект-
роны атома, находящегося в стационарном состоянии, расположены как можно
ближе к ядру и имеют минимально возможное количество вращения.

   Вероятности существования, частицы, которые в ответ на их ограничение
в пространстве увеличивают  скорость  движения,  внезапные  переключения
атомов с одного "квантового состояния" на другое и  глубокая  взаимосвя-
занность всех явлений-вот некоторые  черты  необычной  для  нас  атомной
действительности. С другой стороны, основная сила,  действующая  в  мире
атомов,  известна  и  в  макроскопическом  мире.  Это  сила  притяжения,
действующая между положительно заряженными ядрами и  отрицательно  заря-
женными электронами. Взаимодействие этой силы с электронными волнами по-
рождает огромное количество разнообразных структур  и  явлений,  которые
окружают нас. Оно отвечает за все химические реакции  и  за  образование
молекул-соединений, состоящих из  нескольких  атомов,  связанных  силами
взаимного притяжения. Таким образом, взаимодействие электронов  с  ядром
обеспечивает возможность существования всех твердых тел, жидкостей и га-
зов, а также живых организмов и  биологических  процессов,  связанных  с
жизнедеятельностью последних.

   В этом, исключительно богатом, мире атомных  явлений  ядра  исполняют
роль предельно малых устойчивых центров, представляющих  собой  источник
электрических сил и образующих основу огромного  множества  молекулярных
структур. Для понимания этих структур и вообще всех явлений природы все,
что нам нужно знать о ядрах атомов-величина их заряда и их масса. Однако
тот, кто хочет понимать природу материи и знать,  из  чего,  в  конечном
счете, она состоит, должен исследовать ядро атома,  заключающее  в  себе
почти всю массу последнего. Поэтому в тридцатые годы нашего века,  после
того, как квантовая теория пролила свет на мир  атома,  главной  задачей
физиков стало изучение структуры ядра, его компонентов и сил  притяжения
внутри ядра.

   Первым важным шагом к пониманию структуры ядра было открытие его вто-
рого компонента (первым является  протон)-нейтрона:  частицы  с  массой,
примерно равной массе протона, в две тысячи раз превышающей массу элект-
рона, но лишенной электрического заряда.  Это  открытие  обнаружило  тот
факт, что ядра всех химических элементов состоят из протонов  и  нейтро-
нов, и что сила, связывающая частицы внутри ядра-совершенно новое  явле-
ние. Она не могла иметь  электромагнитной  природы,  поскольку  нейтроны
электрически нейтральны. Физики поняли, что перед ними-новая сила приро-
ды, не существующая вне ядра.

   Ядро атома в сто тысяч раз меньше самого атома,  и  все  же  содержит
почти всю его массу. Это значит, что плотность вещества внутри ядра  го-
раздо выше, чем в привычных нам формах материи. В самом  деле,  если  бы
человеческое тело обладало бы плотностью ядра, оно было бы  величиной  с
булавочную головку. Однако такая высокая плотность-не единственное  нео-
бычное свойство ядерного вещества. Обладая, как и  электроны,  квантовой
природой, "нуклоны", как часто называют нейтроны, реагируют на ограниче-
ние в пространстве, значительно увеличивая свою скорость, а поскольку им
отводится гораздо более ограниченный  объем,  их  скорость  очень  высо-
ка-около сорока тысяч миль в секунду.  Таким  образом,  ядерное  вещест-
во-одна из форм материи, которая совершенно не похожа ни на одну из форм
материи, существующую в нашем макроскопическом  окружении.  Ядерное  ве-
щество можно сравнить с микроскопическими каплями предельно плотной жид-
кости, которые бурно кипят и булькают.

   Радикальное своеобразие ядерного вещества, определяющее его необычные
свойства-мощность ядерной силы,  действующей  только  на  очень  близком
расстоянии, равном примерно двум-трем диаметрам нуклона. На таком  расс-
тоянии ядерная сила притягивает; при его сокращении она становится  явно
отталкивающей и препятствует дальнейшему сближению нуклонов. Так,  ядер-
ная сила приводит ядро в исключительно стабильное и исключительно  дина-
мическое равновесие.

   Согласно результатам этих исследований, большая часть вещества сосре-
доточена в  микроскопических сгустках, разделенных огромными расстояния-
ми. В обширном пространстве между тяжелыми,  бурно кипящими каплями ядер
движутся электроны, которые  составляют очень небольшой процент от общей
массы, но  придают материи свойство твердости и обеспечивают необходимые
связи для образования молекулярных структур. Они также участвуют в хими-
ческих реакциях и отвечают за химические свойства веществ. С другой сто-
роны, электроны обычно не участвуют в ядерных реакциях,  не обладая дос-
таточной энергией для нарушения равновесия внутри ядра.

   Однако эта форма материи, обладающая многообразием очертаний,  струк-
тур и сложной молекулярной архитектурой, может существовать лишь при том
условии, что температура не очень высока, и колебательные движения моле-
кул не очень сильны. Все атомные и  молекулярные  структуры  разрушаются
при увеличении термической энергии примерно в сто  раз,  что,  например,
имеет место внутри большинства звезд. Получается, что состояние  большей
части материи во Вселенной отличается от описанного выше. В центре нахо-
дятся большие скопления ядерного вещества; там преобладают ядерные  про-
цессы, столь редкие на Земле. Эти процессы являются причиной разнообраз-
ных звездных явлений, наблюдаемых  астрономией,  большая  часть  которых
вызвана ядерными и гравитационными эффектами. Для нашей планеты особенно
важны ядерные процессы в центре Солнца,  питающие  энергией  околоземное
пространство. Современная физика одержала триумфальную  победу,  обнару-
жив, что постоянный поток солнечной энергии-результат ядерных реакции.

   В процессе изучения субмикроскопического мира в начале тридцатых  го-
дов нашего столетия наступил этап,  принесший  уверенность  в  том,  что
"строительные кирпичики" материи наконец открыты. Тогда  уже  стало  из-
вестно, что вся матерня состоит из атомов, а атомы-из протонов,  нейтро-
нов и электронов. Эти так называемые "элементарные" частицы  воспринима-
лись как предельно малые, неделимые единицы материи, подобные атомам Де-
мокрита. Хотя из квантовой теории следует, что нельзя разложить  мир  на
отдельные мельчайшие составляющие, в то время это обстоятельство не было
осознано всеми. О значительном авторитете классической механики  говорит
тот факт, что в те годы большинство физиков придерживалось  мнения,  что
материя состоит из "строительных кирпичиков", и даже  сейчас  эта  точка
зрения находит достаточно сторонников.

   Однако последующие достижения современной физики показали, что  нужно
отказаться от представлений об элементарных частицах  как  о  мельчайших
составляющих материи. Первое из них носило  экспериментальный  характер,
второе-теоретический, и оба были сделаны в тридцатые годы. Что  касается
экспериментальной стороны, то усовершенствование техники проведения экс-
перимента и разработка новых приборов детекции  частиц  помогли  открыть
новые их разновидности. Так, к 1935 году было известно  уже  не  три,  а
шесть элементарных частиц, к 1955-восемнадцать, а к  настоящему  времени
их известно более двухсот. В такой ситуации слово "элементарный" вряд ли
применимо. По мере увеличения количества известных частиц росла  уверен-
ность в том, что не все из них могут так называться,  а  сегодня  многие
физики считают, что этого названия не заслуживает ни одна из них.

   Эта точка зрения подкрепляется теоретическими исследованиями,  прово-
дившимися одновременно с экспериментальным изучением частиц. Вскоре пос-
ле выдвижения квантовой теории стало очевидно, что она не является  все-
объемлющей теорией для описания ядерных явлений, и должна быть дополнена
теорией относительности. Дело в том, что частицы, ограниченные в  преде-
лах ядра, часто движутся со скоростью, близкой  к  скорости  света.  Это
очень важно, так как  описание  любого  природного  явления,  в  котором
действуют скорости, близкие к световой, должно учитывать теорию  относи-
тельности и быть, как говорят физики, "релятивистским". Поэтому для точ-
ного понимания мира ядра нам нужна теория, объединяющая  теорию  относи-
тельности и квантовую теорию, Такая теория еще не выдвигалась, и поэтому
попытки полного описания ядра были обречены на неудачу. Хотя  мы  немало
знаем о строении ядра и о взаимодействиях ядерных частиц, мы не распола-
гаем фундаментальным пониманием природы ядерных сил и сложной  формы,  в
которой они проявляются. Не существует и  всеобъемлющей  теории  ядерной
частицы, сопоставимой с описанием атома в квантовой  теории.  Существует
несколько "квантово-релятивистских"  моделей,  вполне  удовлетворительно
отражающих отдельные аспекты мира частиц, но слияние квантовой теории  и
теории относительности и создание общей теории частиц остается  основной
из пока нерешенных задач, стоящих перед современной физикой.

   Теория относительности оказала сильное воздействие на наши  представ-
ления о материи, заставив нас существенно пересмотреть понятие  частицы.
В классической физике масса тела всегда ассоциировалась с некоей  нераз-
рушимой материальной субстанцией-с неким "материалом", из которого,  как
считалось, были сделаны все вещи. Теория относительности  показала,  что
масса не имеет отношения ни к какой субстанции, являясь  одной  из  форм
энергии. Однако энергия-это  динамическая  величина,  связанная  с  дея-
тельностью или процессами. Тот факт, что масса частицы может быть  экви-
валентна определенному количеству энергии, означает, что частица  должна
восприниматься не как нечто неподвижное и статичное, а как  динамический
паттерн, процесс, вовлекающий энергию, которая  проявляет  себя  в  виде
массы некой частицы.

   Начало новому взгляду на частицы положил Дирак, сформулировавший  ре-
лятивистское уравнение для описания поведения электронов. Теория  Дирака
не только очень успешно описывала сложные подробности строения атома, но
также обнаружила фундаментальную симметричность матерни  и  антиматерии,
Предыдущая страница Следующая страница
1 ... 4 5 6 7 8 9 10  11 12 13 14 15 16 17 ... 50
Ваша оценка:
Комментарий:
  Подпись:
(Чтобы комментарии всегда подписывались Вашим именем, можете зарегистрироваться в Клубе читателей)
  Сайт:
 
Комментарии (3)

Реклама