Mazākā daļiņa Visumā. Elementārās daļiņas

Fizikālo un matemātikas zinātņu doktors M. KAGANOVS.

Saskaņā ar senām tradīcijām žurnālā "Zinātne un dzīve" tiek runāts par jaunākie sasniegumi mūsdienu zinātne, par jaunākajiem atklājumiem fizikas, bioloģijas un medicīnas jomā. Bet, lai saprastu, cik tie ir svarīgi un interesanti, ir nepieciešams vismaz vispārīgs izklāsts ir izpratne par zinātnes pamatiem. Mūsdienu fizika strauji attīstās, un vecākās paaudzes cilvēkiem, tiem, kuri mācījās skolā un koledžā pirms 30–40 gadiem, daudzi tās noteikumi nav pazīstami: toreiz to vienkārši nebija. Un mūsu mazajiem lasītājiem vēl nav bijis laika par tiem uzzināt: populārzinātniskā literatūra ir praktiski beigusi izdot. Tāpēc mēs lūdzām ilggadējo žurnāla autoru M.I.Kaganovu runāt par atomiem un elementārdaļiņām un likumiem, kas tos regulē, par to, kas ir matērija. Mozus Isaakovičs Kaganovs ir teorētiskais fiziķis, vairāku simtu darbu autors un līdzautors par cietvielu kvantu teoriju, metālu teoriju un magnētismu. Viņš bija vadošais darbinieks nosauktajā Fizisko problēmu institūtā. P. L. Kapitsa un Maskavas Valsts universitātes profesors. M. V. Lomonosovs, žurnālu "Daba" un "Kvants" redkolēģu loceklis. Daudzu populārzinātnisku rakstu un grāmatu autore. Tagad dzīvo Bostonā (ASV).

Zinātne un dzīve // Ilustrācijas

Grieķu filozofs Demokrits bija pirmais, kurš lietoja vārdu "atoms". Saskaņā ar viņa mācību atomi ir nedalāmi, neiznīcināmi un atrodas iekšā pastāvīga kustība. Tie ir bezgalīgi daudzveidīgi, tiem ir ieplakas un izliekumi, ar kuriem tie savienojas, veidojot visus materiālos ķermeņus.

1. tabula. Svarīgākie elektronu, protonu un neitronu raksturlielumi.

Deitērija atoms.

Angļu fiziķis Ernsts Rezerfords pamatoti tiek uzskatīts par dibinātāju kodolfizika, radioaktivitātes doktrīna un atomu uzbūves teorija.

Attēlā: volframa kristāla virsma, palielināta 10 miljonus reižu; katrs spilgtais punkts ir tā individuālais atoms.

Zinātne un dzīve // Ilustrācijas

Strādājot pie radiācijas teorijas izveides, Makss Planks 1900. gadā nonāca pie secinājuma, ka sakarsētas vielas atomiem jāizstaro gaisma porcijās, kvantos, kuru darbības dimensija (J.s) un enerģija ir proporcionāla starojuma frekvencei: E = hn .

1923. gadā Luiss de Broglis Einšteina ideju par gaismas duālo dabu – viļņu daļiņu dualitāti – pārnesa uz matēriju: daļiņas kustība atbilst bezgalīga viļņa izplatībai.

Difrakcijas eksperimenti pārliecinoši apstiprināja de Broglie teoriju, kas apgalvoja, ka jebkuras daļiņas kustību pavada vilnis, kura garums un ātrums ir atkarīgs no daļiņas masas un enerģijas.

Zinātne un dzīve // Ilustrācijas

Pieredzējis biljarda spēlētājs vienmēr zina, kā bumbiņas ripos pēc sitiena, un viegli iedzen tās kabatā. Ar atomu daļiņām tas ir daudz grūtāk. Nav iespējams norādīt lidojošā elektrona trajektoriju: tā ir ne tikai daļiņa, bet arī vilnis, bezgalīgs telpā.

Naktīs, kad debesīs nav mākoņu, mēness nav redzams un gaisma nav ceļā, debesis ir piepildītas ar spilgti mirdzošām zvaigznēm. Nav nepieciešams meklēt pazīstamus zvaigznājus vai mēģināt atrast planētas tuvu Zemei. Skaties! Mēģiniet iedomāties milzīgu telpu, kas ir piepildīta ar pasaulēm un stiepjas miljardiem miljardu gaismas gadu. Tikai attāluma dēļ pasaules šķiet kā punkti, un daudzas no tām atrodas tik tālu, ka tās nav atšķiramas atsevišķi un saplūst miglājos. Šķiet, ka mēs atrodamies Visuma centrā. Tagad mēs zinām, ka tā nav taisnība. Ģeocentrisma noraidīšana ir liels zinātnes nopelns. Bija jāpieliek lielas pūles, lai saprastu, ka mazā Zeme pārvietojas nejaušā, šķietami nemarķētā plašā (burtiski!) kosmosa apgabalā.

Bet dzīvība radās uz Zemes. Tā attīstījās tik veiksmīgi, ka spēja radīt cilvēku, kurš spēj izprast apkārtējo pasauli, meklēt un atrast dabas likumus. Cilvēces sasniegumi dabas likumu izpratnē ir tik iespaidīgi, ka neviļus jūtaties lepns par piederību šai saprāta šķipsniņai, kas pazudusi parastas Galaktikas perifērijā.

Ņemot vērā visa, kas mūs ieskauj, daudzveidību, esamību vispārīgie likumi. Tas ir ne mazāk pārsteidzošs viss ir veidots tikai no trīs veidu daļiņām – elektroniem, protoniem un neitroniem.

Lai, izmantojot dabas pamatlikumus, atvasinātu novērojamos un prognozētu jaunas dažādu vielu un objektu īpašības, komplekss matemātiskās teorijas, kuras nemaz nav viegli saprast. Bet Pasaules zinātniskā attēla kontūras var aptvert, neizmantojot stingru teoriju. Protams, tas prasa vēlmi. Bet ne tikai: pat iepriekšēja iepazīšanās prasīs zināmu darbu. Jācenšas izprast jaunus faktus, nepazīstamas parādības, kas no pirmā acu uzmetiena nesaskan ar esošo pieredzi.

Zinātnes sasniegumi bieži noved pie domas, ka tai "nekas nav svēts": tas, kas bija patiess vakar, tiek atmests šodien. Līdz ar zināšanām nāk izpratne par to, cik godbijīgi zinātne izturas pret katru uzkrātās pieredzes graudiņu, ar kādu piesardzību tā virzās uz priekšu, īpaši gadījumos, kad ir jāatsakās no iesakņojušām idejām.

Šī stāsta mērķis ir iepazīstināt ar neorganisko vielu struktūras pamatpazīmēm. Neskatoties uz bezgalīgo daudzveidību, to struktūra ir salīdzinoši vienkārša. It īpaši, ja salīdzina tos ar jebkuru, pat visvienkāršāko dzīvo organismu. Bet ir arī kaut kas kopīgs: visi dzīvie organismi, piemēram neorganiskās vielas, veidots no elektroniem, protoniem un neitroniem.

Nevar aptvert bezgalīgumu: lai vismaz vispārīgi iepazīstinātu ar dzīvo organismu uzbūvi, nepieciešams īpašs stāsts.

IEVADS

Lietu, priekšmetu dažādība – viss, ko lietojam, kas mūs ieskauj, ir milzīgs. Ne tikai pēc to mērķa un dizaina, bet arī pēc to radīšanai izmantotajiem materiāliem - vielām, kā saka, kad nav jāuzsver to funkcija.

Vielas un materiāli izskatās cieti, un taustes sajūta apstiprina to, ko redz acis. Šķiet, ka izņēmumu nav. Plūstošais ūdens un cietais metāls, kas tik ļoti atšķiras viens no otra, ir līdzīgi vienā lietā: gan metāls, gan ūdens ir ciets. Tiesa, jūs varat izšķīdināt sāli vai cukuru ūdenī. Viņi atrod sev vietu ūdenī. Jā un iekšā ciets, piemēram, koka dēlī var iedzīt naglu. Ar ievērojamu piepūli jūs varat panākt, ka vietu, kuru aizņēma koks, aizņems dzelzs nagla.

Mēs labi zinām: no cieta korpusa var noraut mazu gabaliņu, var slīpēt gandrīz jebkuru materiālu. Dažreiz tas ir grūti, dažreiz tas notiek spontāni, bez mūsu līdzdalības. Iedomāsimies sevi pludmalē, smiltīs. Mēs saprotam: smilšu graudiņš ir tālu no mazākās vielas daļiņas, no kuras sastāv smiltis. Ja mēģināt, varat samazināt smilšu graudiņus, piemēram, izlaižot tos caur veltņiem - caur diviem cilindriem, kas izgatavoti no ļoti ciets metāls. Nokļūstot starp veltņiem, smilšu graudi tiek sasmalcināti mazākos gabaliņos. Būtībā šādi milti tiek ražoti no graudiem dzirnavās.

Tagad, kad atoms ir stingri ienācis mūsu pasaules uztverē, ir ļoti grūti iedomāties, ka cilvēki nezināja, vai smalcināšanas process ir ierobežots vai vielu var sasmalcināt bezgalīgi.

Nav zināms, kad cilvēki pirmo reizi sev uzdeva šo jautājumu. Pirmo reizi tas tika ierakstīts seno grieķu filozofu rakstos. Daži no viņiem uzskatīja, ka neatkarīgi no tā, cik maza ir viela, to var sadalīt vēl mazākās daļās - nav ierobežojumu. Citi izteica domu, ka ir sīkas nedalāmas daļiņas, no kurām viss sastāv. Lai uzsvērtu, ka šīs daļiņas ir sadrumstalotības robeža, tās sauca par atomiem (sengrieķu valodā vārds “atoms” nozīmē nedalāms).

Ir jānosauc tie, kuri pirmie izvirzīja ideju par atomu esamību. Tie ir Demokrits (dzimis ap 460. vai 470. gadu p.m.ē., miris ļoti lielā vecumā) un Epikūrs (341.-270.g.pmē.). Tātad, atomu doktrīna gandrīz 2500 gadus. Ne visi uzreiz pieņēma atomu jēdzienu. Pat pirms aptuveni 150 gadiem bija maz cilvēku, kas bija pārliecināti par atomu esamību, pat zinātnieku vidū.

Fakts ir tāds, ka atomi ir ļoti mazi. Tos nevar redzēt ne tikai ar neapbruņotu aci, bet arī, piemēram, ar mikroskopu, kas palielina 1000 reižu. Padomāsim par to: kāds ir mazāko redzamo daļiņu izmērs? U dažādi cilvēki dažāda redze, taču droši vien visi piekritīs, ka daļiņu, kas mazāka par 0,1 milimetru, nav iespējams saskatīt. Tāpēc, ja izmantojat mikroskopu, jūs varat, lai arī ar grūtībām, redzēt daļiņas, kuru izmērs ir aptuveni 0,0001 milimetrs jeb 10–7 metri. Salīdzinot atomu izmērus un starpatomiskos attālumus (10-10 metri) ar garumu, ko pieņēmām par redzes spējas robežu, mēs sapratīsim, kāpēc jebkura viela mums šķiet cieta.

2500 gadi ir milzīgs laiks. Neatkarīgi no tā, kas notika pasaulē, vienmēr bija cilvēki, kuri centās atbildēt uz jautājumu, kā darbojas apkārtējā pasaule. Dažkārt pasaules uzbūves problēmas satrauca vairāk, citreiz – mazāk. Zinātnes dzimšana tās mūsdienu izpratnē notika salīdzinoši nesen. Zinātnieki ir iemācījušies veikt eksperimentus – uzdot dabas jautājumus un saprast tās atbildes, radīt teorijas, kas apraksta eksperimentu rezultātus. Teorijas prasīja stingras matemātiskas metodes, lai izdarītu ticamus secinājumus. Zinātne ir gājusi garu ceļu. Pa šo ceļu, kas fizikai aizsākās pirms aptuveni 400 gadiem ar Galileo Galileja (1564-1642) darbu, iegūts bezgala daudz informācijas par matērijas uzbūvi un dažāda rakstura ķermeņu īpašībām, bezgalīgi daudz ir atklātas un izprastas dažādas parādības.

Cilvēce ir iemācījusies ne tikai pasīvi izprast dabu, bet arī izmantot to saviem mērķiem.

Mēs neņemsim vērā atomu koncepciju attīstības vēsturi 2500 gadu laikā un fizikas vēsturi pēdējo 400 gadu laikā. Mūsu uzdevums ir pēc iespējas īsi un skaidrāk pastāstīt par to, kas un kā viss ir būvēts - objekti ap mums, ķermeņi un mēs paši.

Kā jau minēts, visa matērija sastāv no elektroniem, protoniem un neitroniem. Es zinu par šo skolas gadi, bet mani nebeidz pārsteigt, ka viss ir veidots tikai no trīs veidu daļiņām! Bet pasaule ir tik daudzveidīga! Turklāt arī līdzekļi, ko daba izmanto būvniecības veikšanai, ir diezgan vienmuļi.

Saskanīgs apraksts par to, kā vielas tiek veidotas dažādi veidi, ir sarežģīta zinātne. Viņa izmanto nopietnu matemātiku. Jāuzsver, ka citas, vienkāršas teorijas nav. Bet fiziskie principi, kas ir vielu struktūras un īpašību izpratnes pamatā, lai gan tās nav triviālas un grūti iedomājamas, tās tomēr var saprast. Ar savu stāstu centīsimies palīdzēt ikvienam, kurš interesējas par tās pasaules uzbūvi, kurā dzīvojam.

FRAGMENTU METODE VAI SADALĪT UN SAPROTI

Šķiet, ka dabiskākais veids, kā saprast, kā darbojas noteikta sarežģīta ierīce (rotaļlieta vai mehānisms), ir to izjaukt un sadalīt sastāvdaļās. Jums vienkārši jābūt ļoti uzmanīgiem, atceroties, ka locīšana būs daudz grūtāka. "Lauzīt nenozīmē būvēt," saka tautas gudrība. Un vēl viena lieta: mēs varam saprast, no kā sastāv ierīce, bet maz ticams, ka mēs sapratīsim, kā tā darbojas. Dažreiz jums vienkārši jāatskrūvē viena skrūve, un tas ir viss - ierīce pārstāj darboties. Ir nepieciešams ne tik daudz izjaukt, cik saprast.

Jo mēs runājam par nevis par visu mums apkārt esošo objektu, lietu, organismu faktisko sadalīšanos, bet gan par iedomāto, tas ir, par garīgo, nevis par reālu pieredzi, tad jums nav jāuztraucas: jums nav jāvāc. Turklāt neskoposim ar saviem centieniem. Nedomāsim par to, vai ir grūti vai viegli sadalīt ierīci sastāvdaļās. Tikai sekundi. Kā mēs zinām, ka esam sasnieguši robežu? Varbūt ar lielāku piepūli varam tikt tālāk? Atzīsimies sev: mēs nezinām, vai esam sasnieguši robežu. Mums ir jāizmanto vispārpieņemtais viedoklis, saprotot, ka tas nav pārāk uzticams arguments. Bet, ja atceraties, ka tas ir tikai vispārpieņemts viedoklis, nevis galīgā patiesība, tad briesmas ir mazas.

Tagad ir vispāratzīts, ka daļas, no kurām viss tiek būvēts, ir elementāras daļiņas. Un tas vēl nav viss. Apskatījuši atbilstošo uzziņu grāmatu, mēs pārliecināsimies: elementārdaļiņu ir vairāk nekā trīs simti. Elementārdaļiņu pārpilnība lika aizdomāties par subelementāro daļiņu – daļiņu, kas veido pašas elementārdaļiņas, pastāvēšanas iespējamību. Tā radās ideja par kvarkiem. Viņiem tas ir pārsteidzošs īpašums, kas acīmredzot neeksistē brīvvalsts. Kvarku ir diezgan daudz - seši, un katram ir sava antidaļiņa. Varbūt ceļojums matērijas dziļumos nav beidzies.

Mūsu stāstam elementāro daļiņu pārpilnība un subelementāro daļiņu esamība nav svarīga. Elektroni, protoni un neitroni ir tieši iesaistīti vielu konstruēšanā – viss tiek būvēts tikai no tiem.

Pirms apspriest reālo daļiņu īpašības, padomāsim par to, ko mēs vēlētos redzēt daļas, no kurām viss ir uzbūvēts. Runājot par to, ko mēs vēlētos redzēt, protams, jāņem vērā viedokļu dažādība. Atlasīsim dažas funkcijas, kas šķiet obligātas.

Pirmkārt, elementārdaļiņām ir jāspēj apvienoties dažādās struktūrās.

Otrkārt, es gribētu domāt, ka elementārdaļiņas ir neiznīcināmas. Zinot kuru garš stāsts ir pasaule, ir grūti iedomāties, ka daļiņas, no kurām tā sastāv, ir mirstīgas.

Treškārt, es vēlētos, lai nebūtu pārāk daudz detaļu. Aplūkojot celtniecības blokus, mēs redzam, cik daudz dažādu konstrukciju var izveidot no vieniem un tiem pašiem elementiem.

Iepazīstoties ar elektroniem, protoniem un neitroniem, redzēsim, ka to īpašības nav pretrunā ar mūsu vēlmēm, un tieksme pēc vienkāršības neapšaubāmi atbilst tam, ka visu vielu struktūrā piedalās tikai trīs veidu elementārdaļiņas.

ELEKTRONI, PROTONI, NEITRONI

Ļaujiet mums iepazīstināt ar svarīgākajiem elektronu, protonu un neitronu raksturlielumiem. Tie ir apkopoti 1. tabulā.

Lādiņa lielumu norāda kulonos, masu kilogramos (SI mērvienībās); Vārdi "spin" un "statistika" tiks izskaidroti tālāk.

Pievērsīsim uzmanību daļiņu masas atšķirībai: protoni un neitroni ir gandrīz 2000 reižu smagāki par elektroniem. Līdz ar to jebkura ķermeņa masu gandrīz pilnībā nosaka protonu un neitronu masa.

Neitrons, kā norāda tā nosaukums, ir neitrāls - tā lādiņš ir nulle. Un protonam un elektronam ir vienāda lieluma lādiņi, bet pretēji zīmei. Elektrons ir negatīvi uzlādēts, bet protons ir pozitīvi.

Šķiet, ka starp daļiņu īpašībām nav nevienas svarīga īpašība- to izmērs. Aprakstot atomu un molekulu uzbūvi, par materiāliem punktiem var uzskatīt elektronus, protonus un neitronus. Protonu un neitronu izmēri būs jāatceras tikai aprakstot atomu kodolus. Pat salīdzinot ar atomu izmēru, protoni un neitroni ir ārkārtīgi mazi (apmēram 10-16 metri).

Būtībā šī īsā sadaļa ir saistīta ar elektronu, protonu un neitronu kā visu dabas ķermeņu pamatelementu ieviešanu. Mēs varētu vienkārši aprobežoties ar 1. tabulu, bet mums ir jāsaprot, kā elektroni, protoni un neitroni tiek veikta būvniecība, kas liek daļiņām apvienoties sarežģītākās struktūrās un kādas ir šīs struktūras.

ATOMS IR VIENKĀRŠĀKĀ NO KOMPLEKTĀM STRUKTŪRĀM

Ir daudz atomu. Izrādījās, ka nepieciešams un iespējams tos sakārtot īpašā veidā. Sakārtošana ļauj uzsvērt atomu atšķirības un līdzības. Saprātīgs atomu izvietojums ir D. I. Mendeļejeva (1834-1907) nopelns, kurš formulēja periodiskais likums, kas nes viņa vārdu. Ja mēs īslaicīgi ignorējam periodu esamību, elementu izkārtojuma princips ir ārkārtīgi vienkāršs: tie ir sakārtoti secīgi atbilstoši atomu svaram. Vieglākais ir ūdeņraža atoms. Pēdējais dabiskais (nav mākslīgi radītais) atoms ir urāna atoms, kas ir vairāk nekā 200 reižu smagāks.

Izpratne par atomu struktūru izskaidroja periodiskuma klātbūtni elementu īpašībās.

Pašā 20. gadsimta sākumā E. Raterfords (1871-1937) pārliecinoši parādīja, ka gandrīz visa atoma masa ir koncentrēta tā kodolā - nelielā (pat salīdzinot ar atomu) telpas apgabalā: atoma rādiusā. Kodols ir aptuveni 100 tūkstošus reižu mazāks par atoma izmēru. Kad Rezerfords veica savus eksperimentus, neitrons vēl nebija atklāts. Atklājot neitronu, tika saprasts, ka kodoli sastāv no protoniem un neitroniem, un ir dabiski uzskatīt atomu kā kodolu, ko ieskauj elektroni, kuru skaits ir vienāds ar protonu skaitu kodolā - pēc viss, atoms kopumā ir neitrāls. Protoni un neitroni kā kodola celtniecības materiāls tika saņemti parastais nosaukums- nukloni (no latīņu valodas kodols - kodols). Šis ir nosaukums, ko mēs izmantosim.

Nukleonu skaitu kodolā parasti apzīmē ar burtu A. Tas ir skaidrs A = N + Z, Kur N ir neitronu skaits kodolā, un Z- protonu skaits, vienāds ar skaitli elektroni atomā. Numurs A sauc par atomu masu, un Z- atomskaitlis. Atomus ar vienādiem atomu numuriem sauc par izotopiem: periodiskajā tabulā tie atrodas vienā šūnā (grieķu valodā isos - vienāds , topos - vieta). Fakts ir tāds Ķīmiskās īpašības izotopi ir gandrīz identiski. Rūpīgi izpētot periodisko tabulu, jūs varat pārliecināties, ka, stingri ņemot, elementu izvietojums neatbilst atommasai, bet gan atomu skaitam. Ja ir aptuveni 100 elementu, tad ir vairāk nekā 2000 izotopu, daudzi no tiem ir nestabili, tas ir, radioaktīvi (no latīņu valodas radio- Es staroju, activus- aktīvi), tie sadalās, izdalot dažādus starojumus.

Rezerforda eksperimenti ne tikai noveda pie atomu kodolu atklāšanas, bet arī parādīja, ka atomā darbojas vieni un tie paši elektrostatiskie spēki, kas atgrūž līdzīgi lādētus ķermeņus vienu no otra un piesaista atšķirīgi lādētus (piemēram, elektroskopu lodītes).

Atoms ir stabils. Līdz ar to elektroni atomā pārvietojas ap kodolu: centrbēdzes spēks kompensē pievilkšanas spēku. To saprotot, tika izveidots atoma planetārais modelis, kurā kodols ir Saule un elektroni ir planētas (no klasiskās fizikas viedokļa planētu modelis ir nekonsekvents, bet par to tālāk).

Ir vairāki veidi, kā novērtēt atoma izmēru. Dažādi aprēķini noved pie līdzīgiem rezultātiem: atomu izmēri, protams, ir atšķirīgi, bet aptuveni vienādi ar vairākām nanometra desmitdaļām (1 nm = 10 -9 m).

Vispirms apskatīsim atoma elektronu sistēmu.

IN Saules sistēma planētas pievelk Saulei gravitācijas dēļ. Atomā iedarbojas elektrostatiskais spēks. To bieži sauc par Kulonu par godu Čārlzam Augustīnam Kulonam (1736-1806), kurš konstatēja, ka divu lādiņu mijiedarbības spēks ir apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem. Tas, ka divas maksas J 1 un J 2 piesaista vai atgrūž ar spēku, kas vienāds ar F C =Q 1 J 2 /r 2 , Kur r- attālumu starp lādiņiem sauc par "Kulona likumu". Rādītājs " AR" uzdots piespiest F ar Kulona uzvārda pirmo burtu (franču valodā Kulons). Starp visdažādākajiem apgalvojumiem ir daži tādi, kurus tikpat pareizi dēvē par likumu kā Kulona likumu: galu galā tā piemērošanas joma ir praktiski neierobežota. Uzlādēti ķermeņi neatkarīgi no to izmēra, kā arī atomu un pat subatomu lādētas daļiņas – tās visas piesaista vai atgrūž saskaņā ar Kulona likumu.

ATKLĀJUMS PAR GRAVITĀCIJU

Cilvēks iepazīst gravitāciju Agra bērnība. Krītot viņš iemācās respektēt gravitācijas spēku pret Zemi. Iepazīšanās ar paātrinātu kustību parasti sākas ar ķermeņu brīvā kritiena izpēti - ķermeņa kustību gravitācijas ietekmē.

Starp diviem masas ķermeņiem M 1 un M 2 spēka darbības F N=- GM 1 M 2 /r 2 . Šeit r- attālums starp ķermeņiem, G- gravitācijas konstante vienāda ar 6.67259.10 -11 m 3 kg -1 s -2 , indekss "N" dots par godu Ņūtonam (1643 - 1727). Šo izteicienu sauc par likumu universālā gravitācija, uzsverot tā universālo raksturu. Spēks F N nosaka galaktiku kustību, debess ķermeņi un priekšmeti, kas nokrīt zemē. Universālās gravitācijas likums ir spēkā jebkurā attālumā starp ķermeņiem. Mēs neminēsim izmaiņas gravitācijas attēlā, ko ieviesa Einšteina vispārējā relativitātes teorija (1879-1955).

Gan Kulona elektrostatiskais spēks, gan Ņūtona universālās gravitācijas spēks ir vienādi (kā 1/ r 2) samazinās, palielinoties attālumam starp ķermeņiem. Tas ļauj salīdzināt abu spēku darbību jebkurā attālumā starp ķermeņiem. Ja divu protonu Kulona atgrūšanas spēku lielumu salīdzina ar to gravitācijas pievilkšanas spēku, izrādās, ka F N/ F C= 10 -36 (J 1 =J 2 = e p ; M 1 = =M 2 =m p). Tāpēc gravitācijai nav būtiskas nozīmes atoma struktūrā: tas ir pārāk mazs salīdzinājumā ar elektrostatisko spēku.

Elektrisko lādiņu noteikšana un to savstarpējās mijiedarbības mērīšana nav sarežģīta. Ja elektriskais spēks ir tik liels, tad kāpēc tas nav svarīgi, teiksim, krītot, lecot, metot bumbu? Jo vairumā gadījumu mums ir darīšana ar neitrāliem (neuzlādētiem) ķermeņiem. Kosmosā vienmēr ir daudz lādētu daļiņu (elektronu, jonu). atšķirīga zīme). Milzīga (atomu mērogā) pievilcīga elektriskā spēka ietekmē, ko rada uzlādēts ķermenis, lādētas daļiņas steidzas pie tā avota, pielīp pie ķermeņa un neitralizē tā lādiņu.

VILNIS VAI DAĻĻA? GAN VILNIS, UN DAĻIŅA!

Ir ļoti grūti runāt par atomu un vēl mazākām subatomiskām daļiņām, galvenokārt tāpēc, ka to īpašībām mūsu ikdienas dzīvē nav analogu. Varētu domāt, ka būtu ērti domāt par daļiņām, kas veido tik mazus atomus kā materiālie punkti. Taču viss izrādījās daudz sarežģītāk.

Daļiņa un vilnis... Šķiet, ka ir bezjēdzīgi pat salīdzināt, tie ir tik dažādi.

Iespējams, domājot par vilni, vispirms iztēlojaties viļņojošu jūras virsmu. Viļņi nāk krastā no atklāta jūra, viļņu garumi – attālumi starp divām secīgām virsotnēm – var būt dažādi. Ir viegli novērot viļņus, kuru garums ir vairāki metri. Viļņu laikā ūdens masa acīmredzami vibrē. Vilnis aptver ievērojamu platību.

Vilnis ir periodisks laikā un telpā. Viļņa garums ( λ ) ir telpiskās periodiskuma mērs. Viļņu kustības periodiskums laikā ir redzams viļņu virsotņu pienākšanas biežumā krastā, un to var noteikt, piemēram, pludiņa svārstības augšup un lejup. Apzīmēsim viļņu kustības periodu - laiku, kurā viens vilnis pāriet - ar burtu T. Perioda apgriezto vērtību sauc par frekvenci ν = 1/T. Vienkāršākajiem viļņiem (harmonikiem) ir noteikta frekvence, kas laika gaitā nemainās. Jebkuru sarežģītu viļņu kustību var attēlot kā vienkāršu viļņu kopumu (sk. “Zinātne un dzīve” Nr. 11, 2001). Stingri sakot, vienkāršs vilnis aizņem bezgalīgu telpu un pastāv bezgalīgi ilgu laiku. Daļiņa, kā mēs to iedomājamies, un vilnis ir pilnīgi atšķirīgi.

Kopš Ņūtona laikiem ir notikušas debates par gaismas dabu. Gaisma ir daļiņu (ķermeņu, no latīņu val.) kolekcija corpusculum- mazs ķermenis) vai viļņi? Teorijas sacentās ilgu laiku. Viļņu teorija uzvarēja: korpuskulārā teorija nevarēja izskaidrot eksperimentālos faktus (gaismas traucējumus un difrakciju). Viļņu teorija viegli tika galā ar gaismas stara taisnvirziena izplatīšanos. Svarīgu lomu spēlēja fakts, ka gaismas viļņu garums saskaņā ar ikdienas priekšstatiem ir ļoti mazs: viļņu garumu diapazons redzamā gaisma no 380 līdz 760 nanometriem. Īsāks elektromagnētiskie viļņi- ultravioletie, rentgena un gamma stari, un garāki - infrasarkanie, milimetru, centimetru un visi citi radioviļņi.

UZ 19. gadsimta beigas gadsimtā gaismas viļņu teorijas uzvara pār korpuskulāro teoriju šķita galīga un neatsaucama. Tomēr divdesmitais gadsimts veica nopietnas korekcijas. Šķita, ka tā ir gaisma, viļņi vai daļiņas. Izrādījās – gan viļņi, gan daļiņas. Gaismas daļiņām, tās kvantiem, kā saka, tika izveidots īpašs vārds - “fotons”. Vārds "kvanti" cēlies no Latīņu vārds kvantu- cik, un "fotons" - no grieķu vārda fotogrāfijas - gaisma. Vārdiem, kas apzīmē daļiņu nosaukumus, vairumā gadījumu ir galotne Viņš. Pārsteidzoši, dažos eksperimentos gaisma uzvedas kā viļņi, bet citos tā uzvedas kā daļiņu straume. Pamazām bija iespējams izveidot teoriju, kas paredzēja, kā gaisma izturēsies kādā eksperimentā. Šī teorija tagad ir vispārpieņemta. atšķirīga uzvedība gaisma vairs nepārsteidz.

Pirmie soļi vienmēr ir īpaši grūti. Man nācās stāties pretī zinātnē iedibinātajam viedoklim un izteikt apgalvojumus, kas šķita kā ķecerība. Īsti zinātnieki patiesi tic teorijai, ko viņi izmanto, lai aprakstītu novērotās parādības. Ir ļoti grūti atteikties no pieņemtas teorijas. Pirmos soļus spēra Makss Planks (1858-1947) un Alberts Einšteins (1879-1955).

Saskaņā ar Planka - Einšteina teikto, matērija izstaro un absorbē gaismu atsevišķās daļās, kvantos. Fotona pārnestā enerģija ir proporcionāla tā frekvencei: E = hν. Proporcionalitātes faktors h sauca par Planka konstanti par godu vācu fiziķim, kurš to ieviesa radiācijas teorijā 1900. gadā. Un jau 20. gadsimta pirmajā trešdaļā kļuva skaidrs, ka Planka konstante ir viena no svarīgākajām pasaules konstantēm. Protams, tas tika rūpīgi izmērīts: h= 6.6260755.10 -34 J.s.

Vai gaismas kvants ir daudz vai maz? Redzamās gaismas frekvence ir aptuveni 10 14 s -1. Atgādināt: gaismas frekvence un viļņa garums ir saistīti ar sakarību ν = c/λ, kur Ar= 299792458.10 10 m/s (precīzi) - gaismas ātrums vakuumā. Kvantu enerģija hν, kā to var viegli redzēt, ir aptuveni 10 -18 J. Pateicoties šai enerģijai, 10 -13 gramu masu var pacelt līdz 1 centimetra augstumam. Cilvēka mērogā tas ir ārkārtīgi mazs. Bet tā ir 10 14 elektronu masa. Mikrokosmosā mērogs ir pavisam cits! Protams, cilvēks nevar sajust 10 -13 gramu masu, taču cilvēka acs ir tik jutīga, ka spēj saskatīt atsevišķus gaismas kvantus – to apstiprināja virkne smalku eksperimentu. Normālos apstākļos cilvēks neatšķir gaismas “graudu”, uztverot to kā nepārtrauktu plūsmu.

Zinot, ka gaismai ir gan korpuskulāra, gan viļņa raksturs, ir vieglāk iedomāties, ka arī “īstajām” daļiņām piemīt viļņu īpašības. Šo ķecerīgo domu pirmais izteica Luiss de Broglis (1892-1987). Viņš necentās noskaidrot, kāds ir viļņa raksturs, kura īpašības viņš prognozēja. Saskaņā ar viņa teoriju, daļiņa ar masu m, lidojot ar ātrumu v, atbilst vilnim ar viļņa garumu l = hmv un biežums ν = E/h, Kur E = mv 2/2 - daļiņu enerģija.

Atomu fizikas turpmākā attīstība ļāva izprast to viļņu būtību, kas raksturo atomu un subatomisko daļiņu kustību. Radās zinātne, ko sauca par "kvantu mehāniku" (sākotnējos gados to biežāk sauca par viļņu mehāniku).

Kvantu mehānika attiecas uz mikroskopisko daļiņu kustību. Apsverot parasto ķermeņu kustību (piemēram, jebkuras mehānismu daļas), nav jēgas ņemt vērā kvantu korekcijas (korekcijas matērijas viļņu īpašību dēļ).

Viena no daļiņu viļņu kustības izpausmēm ir to trajektorijas trūkums. Lai pastāvētu trajektorija, ir nepieciešams, lai katrā laika brīdī daļiņai būtu noteikta koordināta un noteikts ātrums. Bet tieši to aizliedz kvantu mehānika: daļiņai vienlaikus nevar būt noteikta koordinātu vērtība X, un noteiktu ātruma vērtību v. Viņu neskaidrības Dx Un Dv saistīta ar Vernera Heizenberga (1901-1974) atklāto nenoteiktības attiecību: D X D v ~ h/m, Kur m ir daļiņas masa un h- Planka konstante. Planka konstanti bieži sauc par universālo "darbības" kvantu. Nenorāda termiņu darbība, pievērsiet uzmanību epitetam universāls. Viņš uzsver, ka nenoteiktības attiecība vienmēr ir spēkā. Zinot kustības apstākļus un daļiņas masu, var novērtēt, kad ir nepieciešams ņemt vērā kustības kvantu likumus (citiem vārdiem sakot, kad nevar ignorēt daļiņu viļņu īpašības un to sekas - nenoteiktības attiecības). , un kad ir pilnīgi iespējams izmantot klasiskos kustības likumus. Uzsvērsim: ja tas ir iespējams, tad tas ir nepieciešams, jo klasiskā mehānika ir ievērojami vienkāršāka nekā kvantu mehānika.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka Planka konstante tiek dalīta ar masu (tās ir iekļautas kombinācijās h/m). Jo lielāka masa, jo mazāka ir kvantu likumu loma.

Sajust, kad atstāt novārtā kvantu īpašības noteikti iespējams, mēs mēģināsim novērtēt nenoteiktību D lielumu X un D v. Ja D X un D v ir niecīgas salīdzinājumā ar to vidējām (klasiskajām) vērtībām, klasiskās mehānikas formulas lieliski apraksta kustību, ja tās nav mazas, ir jāizmanto kvantu mehānika. Nav jēgas ņemt vērā kvantu nenoteiktību pat tad, ja citi iemesli (klasiskās mehānikas ietvaros) rada lielāku nenoteiktību nekā Heizenberga attiecība.

Apskatīsim vienu piemēru. Paturot prātā, ka mēs vēlamies parādīt iespēju izmantot klasisko mehāniku, apsveriet "daļiņu", kuras masa ir 1 grams un kuras izmērs ir 0,1 milimetrs. Cilvēka mērogā tas ir grauds, viegla, maza daļiņa. Bet tas ir 10 24 reizes smagāks par protonu un miljons reižu lielāks par atomu!

Ļaujiet “mūsu” graudiem pārvietoties traukā, kas piepildīts ar ūdeņradi. Ja grauds lido pietiekami ātri, mums šķiet, ka tas virzās taisnā līnijā ar noteiktu ātrumu. Šāds iespaids ir kļūdains: ūdeņraža molekulu ietekmes dēļ uz graudiem tā ātrums ar katru triecienu nedaudz mainās. Novērtēsim, cik tieši.

Ļaujiet ūdeņraža temperatūrai būt 300 K (mēs vienmēr mēram temperatūru ar absolūtā skala, pēc Kelvina skalas; 300 K = 27 o C). Reizinot temperatūru Kelvinos ar Bolcmana konstanti k B = 1.381.10 -16 J/K, izteiksim enerģijas vienībās. Graudu ātruma izmaiņas var aprēķināt, izmantojot impulsa saglabāšanas likumu. Ar katru grauda sadursmi ar ūdeņraža molekulu tā ātrums mainās par aptuveni 10 -18 cm/s. Izmaiņas notiek pilnīgi nejauši un nejaušā virzienā. Tāpēc ir dabiski uzskatīt vērtību 10–18 cm/s par graudu ātruma klasiskās nenoteiktības mēru (D v) cl šim gadījumam. Tātad (D v) klase = 10 -18 cm/s. Acīmredzot ir ļoti grūti noteikt graudu atrašanās vietu ar precizitāti, kas lielāka par 0,1 no tā izmēra. Pieņemsim (D X) cl = 10 -3 cm, visbeidzot (D X) klase (D v) cl = 10 -3 .10 -18 = 10 -21 . Šķiet, ka tā ir ļoti maza vērtība. Jebkurā gadījumā ātruma un pozīcijas nenoteiktības ir tik mazas, ka var ņemt vērā graudu vidējo kustību. Bet, salīdzinot ar kvantu nenoteiktību, ko nosaka Heizenberga attiecība (D X D v= 10 -27), klasiskā neviendabība ir milzīga - šajā gadījumā tā pārsniedz to miljons reižu.

Secinājums: apsverot graudu kustību, nav jāņem vērā tā viļņu īpašības, tas ir, koordinātu un ātruma kvantu nenoteiktība. Runājot par atomu un subatomisko daļiņu kustību, situācija krasi mainās.

Tie parādās iekšā dažādas formas un izmēriem, daži ir destruktīvi dueti, kas nozīmē, ka tie galu galā iznīcina viens otru, un dažiem ir neticami nosaukumi, piemēram, "neutralino". Šeit ir saraksts ar sīkajām daļiņām, kas pārsteidz pat pašus fiziķus.

Dieva daļiņa

Higsa bozons ir zinātnei tik svarīga daļiņa, ka tā tika saukta par "Dieva daļiņu". Tas ir tas, kas, kā uzskata zinātnieki, piešķir masu visām pārējām daļiņām. Pirmo reizi tas tika apspriests 1964. gadā, kad fiziķi prātoja, kāpēc dažām daļiņām ir lielāka masa nekā citām. Higsa bozons ir saistīts ar Higsa lauku, sava veida režģi, kas aizpilda Visumu. Tiek uzskatīts, ka lauks un bozons ir atbildīgi par citu daļiņu masas palielināšanos. Daudzi zinātnieki uzskata, ka Higsa mehānismā ir trūkstošās puzles daļas, lai pilnībā izprastu standarta modeli, kas apraksta visas zināmās daļiņas, taču saikne starp tām vēl nav pierādīta.

Kvarki

Kvarki ir apburoši nosaukti protonu un neitronu bloki, kas nekad nav vieni un pastāv tikai grupās. Acīmredzot spēks, kas kvarkus saista kopā, palielinās līdz ar attālumu, tas ir, jo vairāk kāds mēģina attālināt kādu no kvarkiem no grupas, jo vairāk tas tiks piesaistīts atpakaļ. Tādējādi brīvie kvarki dabā vienkārši nepastāv. Kopumā ir seši kvarku veidi, un, piemēram, protoni un neitroni sastāv no vairākiem kvarkiem. Protonā no tiem ir trīs - divi viena tipa un viens otrs, bet neitronā - tikai divi, abi ir dažāda veida.

Super partneri

Šīs daļiņas pieder supersimetrijas teorijai, kas saka, ka katrai cilvēkam zināms daļiņa ir vēl viena līdzīga daļiņa, kas vēl nav atklāta. Piemēram, elektrona superpartneris ir selekrons, kvarka superpartneris ir skvarks, bet fotona superpartneris ir fotono. Kāpēc šīs superdaļiņas tagad netiek novērotas Visumā? Zinātnieki uzskata, ka viņi ir daudz smagāki par partneriem, un lielāks svars saīsina viņu kalpošanas laiku. Šīs daļiņas sāk sadalīties, tiklīdz tās piedzimst. Lai izveidotu daļiņu, ir nepieciešams milzīgs enerģijas daudzums, piemēram, saražotā Lielais sprādziens. Iespējams, zinātnieki atradīs veidu, kā reproducēt superdaļiņas, piemēram, Lielajā hadronu paātrinātājā. Kas attiecas uz lielāks izmērs un superpartneru svari, zinātnieki uzskata, ka simetrija ir izjaukta slēptā Visuma sektorā, ko nevar redzēt vai atrast.

Neitrīno

Tās ir vieglas subatomiskas daļiņas, kas pārvietojas ar ātrumu, kas ir tuvu gaismas ātrumam. Faktiski triljoni neitrīno jebkurā brīdī pārvietojas pa jūsu ķermeni, taču tie gandrīz nekad nesadarbojas ar parasto vielu. Daži neitrīni nāk no Saules, citi no kosmiskie stari, mijiedarbojoties ar atmosfēru.

Antimatērija

Visām parastajām daļiņām ir partneris antimatērijā, identiskas daļiņas ar pretējiem lādiņiem. Kad matērija un antimatērija satiekas, tās iznīcina viena otru. Protonam šāda daļiņa ir antiprotons, bet elektronam – pozitrons.

Gravitoni

Kvantu mehānikā visus pamatspēkus veic daļiņas. Piemēram, gaismu veido daļiņas ar nulles masu, ko sauc par fotoniem, kas nes elektromagnētisko spēku. Tāpat gravitoni ir teorētiskas daļiņas, kas nes gravitācijas spēku. Zinātnieki joprojām cenšas atrast gravitonus, taču tas ir ļoti grūti, jo šīs daļiņas ļoti vāji mijiedarbojas ar vielu. Zinātnieki tomēr nepamet mēģinājumus, jo cer, ka tomēr izdosies noķert gravitonus, lai tos izpētītu sīkāk – tas varētu būt īsts izrāviens kvantu mehānikā, jo daudzas līdzīgas daļiņas jau ir pētītas, taču gravitons paliek tikai teorētisks. Kā redzat, fizika var būt daudz interesantāka un aizraujošāka, nekā jūs varētu iedomāties. Visa pasaule ir piepildīta ar dažādām daļiņām, no kurām katra ir milzīgs izpētes un izpētes lauks, kā arī milzīga zināšanu bāze par visu, kas ieskauj cilvēku. Un jums vienkārši jādomā par to, cik daudz daļiņu jau ir atklātas - un cik daudz cilvēku vēl ir jāatklāj.

Atbilde uz nebeidzamo jautājumu: kurš no tiem attīstījās līdz ar cilvēci.

Reiz cilvēki domāja, ka smilšu graudi ir pamatelementi tam, ko mēs redzam sev apkārt. Pēc tam atoms tika atklāts un uzskatīts par nedalāmu, līdz tas tika sadalīts, lai atklātu protonus, neitronus un elektronus. Tās arī nebija mazākās daļiņas Visumā, jo zinātnieki atklāja, ka protoni un neitroni sastāv no trim kvarkiem katrs.

Pagaidām zinātniekiem nav izdevies saskatīt nekādus pierādījumus tam, ka kvarku iekšienē kaut kas atrastos un ka ir sasniegts visfundamentālākais matērijas slānis vai mazākā daļiņa Visumā.

Un pat tad, ja kvarki un elektroni ir nedalāmi, zinātnieki nezina, vai tie ir mazākie matērijas gabaliņi, vai arī Visums satur objektus, kas ir vēl mazāki.

Vismazākās daļiņas Visumā

Tie ir dažādās garšās un izmēros, daži tādi ir pārsteidzošs savienojums, citi būtībā iztvaiko viens otru, daudziem no tiem ir fantastiski nosaukumi: kvarki, kas sastāv no barioniem un mezoniem, neitroni un protoni, nukleoni, hiperoni, mezoni, barioni, nukleoni, fotoni utt.

Higsa bozons ir zinātnei tik svarīga daļiņa, ka to sauc par “Dieva daļiņu”. Tiek uzskatīts, ka tas nosaka visu pārējo masu. Pirmo reizi šis elements tika teoretizēts 1964. gadā, kad zinātnieki prātoja, kāpēc dažas daļiņas ir masīvākas par citām.

Higsa bozons ir saistīts ar tā saukto Higsa lauku, kas, domājams, aizpilda Visumu. Divi elementi (Higsa lauka kvants un Higsa bozons) ir atbildīgi par masas piešķiršanu pārējiem. Nosaukts skotu zinātnieka Pītera Higsa vārdā. Ar 2013. gada 14. marta palīdzību tika oficiāli paziņots par Higsa bozona esamības apstiprinājumu.

Daudzi zinātnieki apgalvo, ka Higsa mehānisms ir atrisinājis trūkstošo mīklas daļu, lai pabeigtu esošo fizikas "standarta modeli", kas apraksta zināmās daļiņas.

Higsa bozons fundamentāli noteica visu Visumā esošā masu.

Kvarki (kas nozīmē kvarki) ir protonu un neitronu celtniecības bloki. Viņi nekad nav vieni, pastāv tikai grupās. Acīmredzot spēks, kas saista kvarkus kopā, palielinās līdz ar attālumu, tāpēc, jo tālāk dosies, jo grūtāk būs tos atdalīt. Tāpēc brīvie kvarki dabā nekad nepastāv.

Kvarki ir pamatdaļiņas ir bezstruktūras, smailas apmēram 10–16 cm liels .

Piemēram, protonus un neitronus veido trīs kvarki, un protoni satur divus identiskus kvarkus, bet neitroni ir divi dažādi.

Supersimetrija

Ir zināms, ka matērijas pamata “celtniecības bloki” fermioni ir kvarki un leptoni, bet spēka sargātāji – bozoni – ir fotoni un gluoni. Supersimetrijas teorija saka, ka fermioni un bozoni var pārveidoties viens par otru.

Paredzētā teorija apgalvo, ka katrai mums zināmajai daļiņai ir radniecīga daļiņa, kuru mēs vēl neesam atklājuši. Piemēram, elektronam tas ir selekrons, kvarks ir skvarks, fotons ir fotono, un higs ir higsino.

Kāpēc mēs tagad nenovērojam šo supersimetriju Visumā? Zinātnieki uzskata, ka viņi ir daudz smagāki par saviem parastajiem brālēniem un, jo smagāki viņi ir, jo īsāks ir viņu mūžs. Patiesībā tie sāk sabrukt, tiklīdz tie rodas. Supersimetrijas radīšana prasa daudz liels daudzums enerģija, kas pastāvēja tikai neilgi pēc tam lielais sprādziens un, iespējams, tos varētu izveidot lielos paātrinātājos, piemēram, lielajā hadronu paātrinātājā.

Attiecībā uz to, kāpēc simetrija radās, fiziķi izvirza teoriju, ka simetrija, iespējams, ir izjaukta kādā slēptā Visuma sektorā, kuru mēs nevaram redzēt vai pieskarties, bet varam sajust tikai gravitācijas ceļā.

Neitrīno

Neitrīni ir vieglas subatomiskas daļiņas, kas visur svilpo ar tuvu gaismas ātrumu. Faktiski triljoni neitrīno jebkurā brīdī plūst caur jūsu ķermeni, lai gan tie reti mijiedarbojas ar normālu vielu.

Daži nāk no saules, bet citi no kosmiskajiem stariem, kas mijiedarbojas ar Zemes atmosfēru un astronomiskiem avotiem, piemēram, eksplodējošām zvaigznēm. piena ceļš un citas tālu galaktikas.

Antimatērija

Tiek uzskatīts, ka visām normālām daļiņām ir antimateriāls ar vienādu masu, bet pretēju lādiņu. Kad matērija satiekas, viņi iznīcina viens otru. Piemēram, protona antimatērijas daļiņa ir antiprotons, bet elektrona antimatērijas partneri sauc par pozitronu. Antimateriāls attiecas uz tiem, kurus cilvēki ir spējuši identificēt.

Gravitoni

Kvantu mehānikas jomā visus pamatspēkus pārraida daļiņas. Piemēram, gaismu veido bezmasas daļiņas, ko sauc par fotoniem, kas nes elektromagnētisko spēku. Tāpat gravitons ir teorētiska daļiņa, kas nes gravitācijas spēku. Zinātniekiem vēl nav atklāti gravitoni, kurus ir grūti atrast, jo tie tik vāji mijiedarbojas ar vielu.

Enerģijas pavedieni

Eksperimentos sīkas daļiņas, piemēram, kvarki un elektroni, darbojas kā atsevišķi matērijas punkti bez telpiskā sadalījuma. Bet punktveida objekti sarežģī fizikas likumus. Tā kā nav iespējams bezgalīgi tuvu pietuvoties punktam, kopš aktīvie spēki, var kļūt bezgalīgi liels.

Ideja, ko sauc par superstīgu teoriju, varētu atrisināt šo problēmu. Teorija apgalvo, ka visas daļiņas tā vietā, lai būtu punktveida, patiesībā ir mazi enerģijas pavedieni. Tas ir, visi objekti mūsu pasaulē sastāv no vibrējošiem pavedieniem un enerģijas membrānām.
Nekas nevar būt bezgalīgi tuvu pavedienam, jo viena daļa vienmēr būs nedaudz tuvāk par otru. Šķiet, ka šī nepilnība atrisina dažas problēmas ar bezgalību, padarot ideju pievilcīgu fiziķiem. Tomēr zinātniekiem joprojām nav eksperimentālu pierādījumu, ka stīgu teorija ir pareiza.

Vēl viens veids, kā atrisināt punktu problēmu, ir teikt, ka pati telpa nav nepārtraukta un gluda, bet faktiski sastāv no diskrētiem pikseļiem vai graudiem, ko dažreiz sauc par telpas-laika struktūru. Šajā gadījumā abas daļiņas nevarēs tuvoties viena otrai bezgalīgi, jo tām vienmēr jābūt atdalītām ar minimālu telpas graudu izmēru.

Melnā cauruma punkts

Vēl viens pretendents uz Visuma mazākās daļiņas titulu ir singularitāte (viens punkts) melnā cauruma centrā. Melnie caurumi veidojas, kad viela kondensējas telpā, kas ir pietiekami maza, lai to satvertu gravitācija, izraisot matērijas ievilkšanu uz iekšu, galu galā kondensējoties vienā bezgalīga blīvuma punktā. Vismaz pēc pašreizējiem fizikas likumiem.

Taču lielākā daļa ekspertu neuzskata, ka melnie caurumi ir patiesi bezgala blīvi. Viņi uzskata, ka šī bezgalība ir iekšēja konflikta rezultāts starp divām pašreizējām teorijām - vispārējo relativitāti un kvantu mehāniku. Viņi liek domāt, ka tad, kad varēs formulēt kvantu gravitācijas teoriju, tiks atklāta melno caurumu patiesā būtība.

Planka garums

Enerģijas pavedieni un pat vismazākā daļiņa Visumā var būt “planka garuma” lielumā.

Stieņa garums ir 1,6 x 10 -35 metri (pirms skaitļa 16 ir 34 nulles un komata) - neaptverami mazs mērogs, kas saistīts ar dažādiem fizikas aspektiem.

Planka garums ir “dabiskā garuma vienība”, ko ierosināja vācu fiziķis Makss Planks.

Planka garums ir pārāk īss, lai to varētu izmērīt, taču tiek uzskatīts, ka tas atspoguļo īsākā izmērāmā garuma teorētisko robežu. Saskaņā ar nenoteiktības principu neviens instruments nekad nevarētu izmērīt neko mazāk, jo šajā diapazonā Visums ir varbūtējs un nenoteikts.

Šī skala tiek uzskatīta arī par dalījuma līniju starp vispārējo relativitāti un kvantu mehāniku.

Planka garums atbilst attālumam, kurā gravitācijas lauks ir tik spēcīgs, ka tas var sākt veidot melnos caurumus no lauka enerģijas.

Acīmredzot šobrīd Vismazākā daļiņa ir aptuveni dēļa izmēra: 1,6 x 10–35 metri

Jau no skolas laikiem bija zināms, ka vismazākajai Visuma daļiņai elektronam ir negatīvs lādiņš un ļoti maza masa, kas vienāda ar 9,109 x 10 - 31 kg, un elektrona klasiskais rādiuss ir 2,82 x 10 -15 m.

Tomēr fiziķi jau darbojas ar vismazākajām daļiņām Visumā, Planka izmēru, kas ir aptuveni 1,6 x 10–35 metri.

Atbilde uz aktuālo jautājumu: kāda ir vismazākā daļiņa Visumā, kas attīstījusies līdz ar cilvēci.

Pagaidām zinātniekiem nav izdevies saskatīt nekādus pierādījumus tam, ka kvarku iekšienē kaut kas atrastos un ka ir sasniegts visfundamentālākais matērijas slānis vai mazākā daļiņa Visumā.

Un pat tad, ja kvarki un elektroni ir nedalāmi, zinātnieki nezina, vai tie ir mazākie matērijas gabaliņi, vai arī Visums satur objektus, kas ir vēl mazāki.

Vismazākās daļiņas Visumā

Tiem ir dažādas garšas un izmēri, dažiem ir pārsteidzoši savienojumi, citi būtībā iztvaiko viens otru, daudziem no tiem ir fantastiski nosaukumi: kvarki, kas sastāv no barioniem un mezoniem, neitroni un protoni, nukleoni, hiperoni, mezoni, barioni, nukleoni, fotoni, utt. .d.

Daudzi zinātnieki apgalvo, ka Higsa mehānisms ir atrisinājis trūkstošo mīklas daļu, lai pabeigtu esošo fizikas "standarta modeli", kas apraksta zināmās daļiņas.

Higsa bozons fundamentāli noteica visu Visumā esošā masu.

Kvarki

Kvarki ir pamatdaļiņas ir bezstruktūras, smailas apmēram 10–16 cm liels.

Piemēram, protonus un neitronus veido trīs kvarki, un protoni satur divus identiskus kvarkus, bet neitroni ir divi dažādi.

Supersimetrija

Kāpēc mēs tagad nenovērojam šo supersimetriju Visumā? Zinātnieki uzskata, ka viņi ir daudz smagāki par saviem parastajiem brālēniem un, jo smagāki viņi ir, jo īsāks ir viņu mūžs. Patiesībā tie sāk sabrukt, tiklīdz tie rodas. Lai izveidotu supersimetriju, ir nepieciešams diezgan liels enerģijas daudzums, kas pastāvēja tikai neilgi pēc lielā sprādziena un, iespējams, varētu tikt izveidots lielos paātrinātājos, piemēram, lielajā hadronu paātrinātājā.

Neitrīno

Daži no tiem nāk no saules, bet citi nāk no kosmiskajiem stariem, kas mijiedarbojas ar Zemes atmosfēru un astronomiskiem avotiem, piemēram, Piena ceļa un citu tālu galaktiku eksplozīvām zvaigznēm.

Antimatērija

Tiek uzskatīts, ka visām normālām daļiņām ir antimateriāls ar vienādu masu, bet pretēju lādiņu. Kad matērija satiekas, viņi iznīcina viens otru. Piemēram, protona antimatērijas daļiņa ir antiprotons, bet elektrona antimatērijas partneri sauc par pozitronu. Antimateriāls ir viena no dārgākajām vielām pasaulē, ko cilvēki spējuši identificēt.

Gravitoni

Enerģijas pavedieni

Eksperimentos sīkas daļiņas, piemēram, kvarki un elektroni, darbojas kā atsevišķi matērijas punkti bez telpiskā sadalījuma. Bet punktveida objekti sarežģī fizikas likumus. Tā kā nav iespējams tuvoties bezgalīgi tuvu punktam, jo darbojošie spēki var kļūt bezgalīgi lieli.

Ideja, ko sauc par superstīgu teoriju, varētu atrisināt šo problēmu. Teorija apgalvo, ka visas daļiņas tā vietā, lai būtu punktveida, patiesībā ir mazi enerģijas pavedieni. Tas ir, visi objekti mūsu pasaulē sastāv no vibrējošiem pavedieniem un enerģijas membrānām. Nekas nevar būt bezgalīgi tuvu pavedienam, jo viena daļa vienmēr būs nedaudz tuvāk par otru. Šķiet, ka šī nepilnība atrisina dažas problēmas ar bezgalību, padarot ideju pievilcīgu fiziķiem. Tomēr zinātniekiem joprojām nav eksperimentālu pierādījumu, ka stīgu teorija ir pareiza.

Melnā cauruma punkts

Planka garums

Enerģijas pavedieni un pat vismazākā daļiņa Visumā var būt “planka garuma” lielumā.

Stieņa garums ir 1,6 x 10 -35 metri (pirms skaitļa 16 ir 34 nulles un komata) - neaptverami mazs mērogs, kas saistīts ar dažādiem fizikas aspektiem.

Planka garums ir “dabiskā garuma vienība”, ko ierosināja vācu fiziķis Makss Planks.

Šī skala tiek uzskatīta arī par dalījuma līniju starp vispārējo relativitāti un kvantu mehāniku.

Planka garums atbilst attālumam, kurā gravitācijas lauks ir tik spēcīgs, ka tas var sākt veidot melnos caurumus no lauka enerģijas.

Acīmredzot šobrīd Vismazākā daļiņa ir aptuveni dēļa izmēra: 1,6 x 10–35 metri

secinājumus

Tomēr fiziķi jau darbojas ar vismazākajām daļiņām Visumā, Planka izmēru, kas ir aptuveni 1,6 x 10–35 metri.

Uz jautājumu Kas ir mazākā daļiņa Visumā? Kvarks, neitrīns, Higsa bosons vai Planka melnais caurums? autora dots Kaukāzietis labākā atbilde ir Pamatdaļiņas ir nulle lieluma (rādiuss ir nulle). Pēc svara. Ir daļiņas, kuru masa ir vienāda ar nulli (fotons, gluons, gravitons). No masīvajiem neitrīniem ir vismazākā masa (mazāk par 0,28 eV/s^2, precīzāk vēl nav izmērīta). Biežums un laiks nav daļiņu īpašības. Var runāt par dzīves laikiem, bet šī ir cita saruna.

Atbilde no Šuve[guru]
Mosk zerobubus.

Atbilde no Mihails Levins[guru]
Faktiski mikrokosmosā praktiski nav jēdziena “lielums”. Nu, kodolam joprojām var runāt par kaut kādu izmēra analogu, piemēram, caur elektronu iespējamību no stara tajā iekļūt, bet mazākiem - ne.

Atbilde no kristīt sevi[guru]
elementārdaļiņas "lielums" ir daļiņas īpašība, kas atspoguļo tās masas telpisko sadalījumu vai elektriskais lādiņš; parasti viņi runā par t.s. elektriskā lādiņa sadalījuma vidējais kvadrātveida rādiuss (kas vienlaikus raksturo masas sadalījumu)
Izmērītajiem bozoniem un leptoniem veikto mērījumu precizitātes robežās nav ierobežotu “dimensiju”. Tas nozīmē, ka to "izmēri"< 10^-16 см
Atšķirībā no patiesi elementārdaļiņām, hadronu “izmēri” ir ierobežoti. To raksturīgo vidējo kvadrātisko rādiusu nosaka norobežojuma rādiuss (vai kvarku ierobežojums), un tas ir vienāds ar 10^-13 cm. Turklāt tas, protams, atšķiras no hadrona līdz hadronam.

Atbilde no Kirils Odings[guru]
Viens no izcilajiem fiziķiem teica (varbūt ne Nīls Bors?) "Ja jums izdodas izskaidrot kvantu mehāniku vizuāli, ejiet un saņemiet savu Nobela prēmiju."

Atbilde no Sergejs SerŠkods Poļikanovs[guru]
Kāda ir mazākā elementārdaļiņa Visumā?
Elementārās daļiņas radot gravitācijas efektu.
Pat mazāk?
Elementāras daļiņas, kas iekustina tās, kas rada gravitācijas efektu
bet viņi paši tajā ir iesaistīti.
Ir vēl mazākas elementārdaļiņas.
To parametri pat neiekļaujas aprēķinos, jo konstrukcijas un to fizikālie parametri nezināms.

Atbilde no Miša Ņikitins[aktīvs]
KVARKS

Atbilde no Matipati kipirofinovičs[aktīvs]
PLĀNOJUMS MELNO BARU

Atbilde no Bro qwerty[jauniņais]
Kvarki ir mazākās daļiņas pasaulē. Visumam nav jēdziena par izmēru, tas ir neierobežots. Ja izgudros mašīnu, lai cilvēku padarītu mazāku, tad varēs sarukt bezgalīgi mazāku, mazāku, mazāku... Jā, Kvarks ir mazākā “Daļiņa” Bet ir kaut kas mazāks par daļiņu. Kosmoss. Nav. Tā ir. Izmērs.

Atbilde no Antons Kuročka[aktīvs]
Protonu neitroni 1*10^-15 1 femtometrs
Quark-U Quark-D Electron 1*10^-18 1 attometrs
Quark-S 4*10^-19 400 zeptometri
Quark-C 1*10^-19 100 zeptometri
Quark-B 3*10^-20 30 zeptometri
Augstas enerģijas neitrīno 1,5*10^-20 15 zeptometri
Preons 1*10^-21 1 zeptometrs
Quark-T 1*10^-22 100 joktometri
MeV Neutrino 2*10^-23 20 yoktometri
Neutrino 1*10^-24 1 yoktometrs - (ļoti mazs izmērs!!!) -
Plonk daļiņa 1,6*10^-35 0,000 000 000 016 joktometrs
Kvantu putas Kvantu virkne 1*10^-35 0.000 000 000 01 yoktometrs
Šī ir daļiņu izmēru tabula. Un šeit jūs varat redzēt, ka mazākā daļiņa ir Planka daļiņa, bet, tā kā tā ir pārāk maza, Neitrīno ir mazākā daļiņa. Bet Visumam mazāks ir tikai Planka garums