Хотя серии элементов не содержат комбинаций движений с результирующим, положительным смещением меньше чем у водорода, 2–1–(-1), это не значит, что таких комбинаций не существует. Это означает, что они не обладают достаточным смещением скорости для формирования двух завершенных вращающихся систем и, соответственно, не обладают свойствами, характеризующими комбинации вращения, которые мы называем атомами. Эти менее сложные комбинации вращения можно определить как субатомные частицы . Как очевидно из вышесказанного, эти частицы не являются составляющими атомов , как они рассматриваются в современной научной мысли. Они являются структурами той же природы, что и атомы элементов, но их общее результирующее смещение ниже минимума, необходимого для формирования завершенной атомной структуры.
Термин “субатомный” относится к этим частицам согласно допущению, что эти частицы являются или могут быть строительными блоками, из которых строятся атомы. Наши открытия делают этот смысл устаревшим, но название приемлемо в смысле системы движений более низкой степени сложности, чем атомы. Поэтому в этой работе оно будет сохранено, но будет использоваться в модифицированном смысле. Термин “элементарная частица” следует отбросить. В смысле базовых единиц, из которых могут формироваться другие структуры, “элементарных” частиц не существует. Частица меньше и менее сложная, чем атом, но ни коей мере не элементарная. Элементарная единица – это единица движения.
Со времени публикации первого издания теоретические характеристики субатомных частиц, выведенные из постулатов СТОВ, изучались дополнительно. В результате произошло значительное увеличение объема информации, доступной в связи с этими объектами, включая теоретическое открытие некоторых частиц, более сложных, чем описанные в первом издании. Более того, сейчас мы может исследовать структуру и поведение космических субатомных частиц гораздо глубже (в последующих главах). Чтобы обеспечить представление увеличившегося объема информации, была разработана новая система представления распределения вращения по измерениям.
Конечно, это значит, что сейчас мы пользуемся одной системой для обозначения вращения элементов и другой системой для представления вращения той же природы, если имеем дело с частицами. На первый взгляд это может казаться ненужным усложнением. Но дело в следующем: поскольку мы хотим воспользоваться преимуществом удобства использования двойной единицы смещения, если имеем дело с элементами, в то время как должны пользоваться одной единицей, имея дело с частицами, мы вынуждены пользоваться двумя разными системами, похожи они или нет. По существу, именно отсутствие осознания этой разницы привело к путанице, которой сейчас нам бы хотелось избежать. Представляется, что пока для удобного пользования данными необходимы две разные системы обозначения, нам придется установить систему для частиц, которая будет лучше служить нашим целям и достаточно отличаться, чтобы избежать путаницы.
Как и в первом издании, новое обозначение, используемое в этом издании, будет указывать смещения в разных измерениях, и, как и раньше, выражать их в индивидуальных единицах, но будет показывать только действующие смещения и включать буквенные символы, предназначенные специально для обозначения основы вращения частицы. Из-за характеристик математических процессов, которыми мы будем пользоваться, имея дело с элементами, необходимо принимать во внимание исходную недействующую единицу вращения. В случае с субатомными частицами это не так. И поскольку атомным (двойным) обозначением нельзя пользоваться в любом событии, мы будем показывать только действующие смещения и предварять их буквами М или К для указания на то, является ли основа вращения комбинации материальной или космической. Это пойдет на пользу ясному указанию, что величины вращения в любом конкретном случае выражаются новым обозначением.
Изменение в символическом представлении вращений и другие модификации терминологии, которые мы делаем в этом издании, могут представлять трудности для тех, кто уже привык к способу представления в ранних трудах. Однако советуем воспользоваться любыми возможностями улучшения, которые могут быть осознаны на нынешней ранней стадии теоретического рассмотрения. С течением времени улучшения такой природы будут становиться менее подходящими, а существующие практики начнут сопротивляться изменению.
На новом основании основа материального вращения – М 0–0–0. К этой основе можно прибавить единицу положительного электрического смещения, создавая позитрон , М 0–0–1, или единицу отрицательного электрического смещения, в этом случае результатом будет электрон, М 0–0–(1). Электрон – уникальная частица. Это единственная структура, построенная на материальной основе, и, следовательно, устойчивая в локальной окружающей среде, которая обладает эффективным отрицательным смещением. Это возможно потому, что общим смещением вращения электрона является сумма исходной, положительной магнитной единицы, требуемая для нейтрализации негативного смещения фотона (не показанного в структурном изображении), и отрицательной электрической единицы. Как и в случае двумерного движения, магнитная единица является главным компонентом общего вращения, хотя ее числовая величина не больше, чем величина одномерного электрического вращения. Следовательно, электрон отвечает требованию, что результирующее общее вращение материальной частицы должно быть положительным.
Как уже говорилось, дополнительное движение с отрицательным смещением прибавляет большее пространство к существующей физической ситуации, какой бы она ни была. Следовательно, электрон является вращающейся единицей пространства. Позже мы увидим, что этот факт играет важную роль во многих физических процессах. Одним из мгновенных и очень заметных результатов является то, что в материальной окружающей среде изобилуют электроны, в то время как позитроны крайне редки. На основании соображений, относящихся к электрону, мы можем отнести позитрон к вращающейся единице времени. Как таковой, позитрон легко поглощается материальной системой комбинаций, составляющими которой являются преимущественно временные структуры; то есть, вращающиеся единицы с результирующим, положительным смещением (скорость = 1/t). В этих структурах возможности использования отрицательного смещения электронов крайне ограничены.
Если к основе вращения прибавляется магнитная единица, а не электрическая, результат можно выразить как М 1-0-0. Однако представляется, что обозначение М ½-½-0 предпочтительнее. Конечно, половинок единиц не существует, но единица двумерного вращения, очевидно, занимает оба измерения. Чтобы осознать этот факт, мы будем отводить каждому измерению половинку единицы. Обозначение ½-½ лучше выражает способ, которым эта система движений вступает в дальнейшие комбинации. По причинам, которые вскоре прояснятся, мы будем называть частицу М ½-½-0 безмассовым нейтроном.
На уровне единицы в одноединичной системе вращения магнитные и электрические единицы численно равны, то есть, 1 2 =1. Прибавление к комбинации движений М ½-½-0 единицы отрицательного электрического смещения - безмассового нейтрона, создает комбинацию с общим результирующим смещением равным нулю. Такая комбинация М ½-½-(1) может определяться как нейтрино .
В предыдущей главе свойство атомов материи, известное как атомный вес или масса, определялось как результирующее, положительное трехмерное смещение вращения (скорость) атомов. Это свойство будет детально обсуждаться в следующей главе, а сейчас заметим, что это же самое определение применяется и к субатомным частицам. То есть, эти частицы обладают массой в такой степени, в какой обладают результирующим, положительным смещением вращения в трех измерениях. До настоящего момента считалось, что ни одна из частиц не удовлетворяет этому требованию. Электрон и позитрон обладают результирующим вращением в одном измерении, безмассовый нейтрон – в двух. Нейтрино вообще не обладает никаким результирующим смещением. Отсюда, субатомные комбинации вращения определяются как безмассовые частицы .
Однако посредством комбинирования с другими движениями, смещение в одном или двух измерениях может достигать статуса компонента трехмерного смещения. Например, частица может обретать заряд – вид движения, который будет исследоваться позже. И когда это происходит, все смещение заряда и первичной частицы будет проявляться как масса. Или частица может комбинироваться с другими движениями так, что смещение безмассовой частицы становится компонентом трехмерного смещения структуры комбинации.
Прибавление единицы положительного, а не отрицательного, электрического смещения к безмассовому нейтрону будет создавать М ½-½-1, а результирующее общее смещение этой комбинации равно 2-м. Этого достаточно для формирования завершенной двойной вращающейся системы - атома. И бо льшая вероятность двойной структуры мешает любому существованию комбинации М ½-½-1, кроме моментального.
Те же соображения вероятности исключают двухединичную магнитную структуру М 1-1-0 и положительную производную М 1-1-1, которые обладают результирующими смещениями соответственно 2 и 3. Однако отрицательная производная М 1-1-(1), практически созданная путем прибавления нейтрино М ½-½-(1) к безмассовому нейтрону М ½-½-0, может существовать как частица, поскольку ее результирующее общее смещение представляет всего одну единицу, чего не достаточно для создания двойной структуры в обязательном порядке. Такую частицу можно определить как протон .
Здесь мы видим пример того, как сами по себе безмассовые частицы (поскольку не обладают трехмерным вращением) комбинируются для создания частицы с действующей массой. Безмассовый нейтрон вращается лишь в двух измерениях, в то время как нейтрино не обладает результирующим вращением. Но путем их сложения создается комбинация с действующим вращением во всех трех измерениях. В результате возникает протон М 1-1-(1), обладающий одной единицей массы.
На современной (скорее ранней) стадии развития теории невозможно точно оценить факторы вероятности и другие влияния, определяющие будет ли при данном наборе обстоятельств реально существовать теоретически уместная комбинация вращений или нет. Однако доступная сейчас информация указывает, что любая комбинация материального вида с результирующим смещением меньше 2-х способна существовать как частица в локальной окружающей среде. Ни одна из систем комбинаций, определенных в предыдущих параграфах, не наблюдается в реальной практике, и имеется большое сомнение в том, как их можно наблюдать иначе, чем с помощью косвенных процессов, позволяющих предполагать их существование. Например, нейтрино “наблюдается” лишь посредством продуктов определенных событий, в которых эта частица, предположительно, участвует. Электрон, позитрон и протон наблюдались только в заряженном, а не в незаряженном состоянии - базовом состоянии всех обсужденных до этого момента комбинаций вращения. Тем не менее, имеется достаточное основание утверждать, что все эти незаряженные структуры существуют на самом деле и играют значимые роли в физических процессах. Оно будет приведено позже по мере продолжения теоретического рассмотрения.
В предыдущих публикациях комбинация М ½-½-0 (1-1-0 в обозначении, использованном в них) определялась как нейтрон. Но было замечено, что в некоторых физических процессах, таких как неустойчивость (распад) космического луча, магнитное смещение, которое, как ожидалось, должно было испускаться в виде нейтронов, на самом деле передавалось в безмассовой форме. Поскольку наблюдаемый нейтрон является частицей с единицей атомного веса, в то время пришли к выводу, что в этих конкретных примерах нейтроны действуют как комбинации нейтрино и позитронов – безмассовых частиц. Исходя из этого, нейтрон играет двойную роль: в одних обстоятельствах он безмассовый, а в других – обладает единицей массы.
Дальнейшее исследование, фокусирующееся в основном на вторичной массе субатомных частиц, которое будет обсуждаться в главе 13, раскрыло, что наблюдаемый нейтрон не является одноединичным действующим магнитным вращением с результирующими смещениями М ½-½-0, а более сложной частицей с тем же результирующим смещением, и что одноединичное магнитное смещение безмассовое. Больше не нужно полагать, что одна и та же частица выступает двумя разными способами. Существуют две разные частицы.
Объяснение таково: новые открытия выявили существование структуры, промежуточной между индивидуальными вращающимися системами безмассовых частиц и целостными двойными системами атомов. В промежуточных структурах существует две вращающиеся системы, как в атомах элементов. Но лишь одна из них обладает результирующим действующим смещением. В такой системе вращение является вращением протона М 1-1-(1). Во второй системе имеется вращение типа нейтрино.
Безмассовые вращения второй системы могут быть либо вращениями материального нейтрино М ½-½-(1), либо космического нейтрино К ½-½-1. В случае вращения материального нейтрино комбинированные смещения представляют собой М ½-½-(2). Эта комбинация обладает массой одного изотопа водорода – структурой, идентичной структуре обычной массы двухатомного дейтерия М 2-2-(2) или М 2-1-(1) в атомном выражении, за исключением того, что ее магнитное смещение на одну единицу меньше, и, следовательно, масса тоже на одну единицу меньше. Если вращение космического нейтрино прибавляется к протону, комбинированные смещения будут М 2-2-0, та же результирующая сумма, что и у одноединичного магнитного вращения. Эту теоретическую частицу, сложный нейтрон , как мы будем ее называть, можно определить как наблюдаемый нейтрон.
Отождествление отдельных вращений структур промежуточного типа с вращениями нейтрино и протонов не следует интерпретировать так, что нейтрино и протоны как таковые реально существуют в комбинационных структурах. Например, на самом деле, это значит, что один из компонентов вращений, составляющих сложный нейтрон, обладает тем же видом вращения, что и нейтрон, составляющий протон, если последний существует отдельно.
Ввиду того, что результирующее общее смещение сложного нейтрона идентично результирующему общему смещению безмассового нейтрона, аспекты поведения частиц (свойства, как они называются), зависящие от результирующего общего смещения, одинаковы. Более того, идентичны и свойства, зависящие от общего магнитного смещения или общего электрического смещения. Но другие свойства, связанные со структурой частицы, у обоих нейтронов разные. Сложный нейтрон обладает действующей единицей трехмерного смещения в системе вращения с вращением по типу протона, следовательно, обладает одной единицей массы. Безмассовый нейтрон не обладает трехмерным смещением и, следовательно, не обладает массой.
| | | | | | | | | | | | |Парадоксы субатомного мира
Давайте подведем некоторые итоги, четко обозначив все известные нам парадоксы субатомного мира.
1. На уровне атома, ядра и элементарной частицы материя имеет двойственный аспект, который в одной ситуации проявляется как частицы, а в другой – как волны. Причем частица имеет более или менее определенное местоположение, а волна распространяется во все стороны в пространстве.
2. Двойственная природа материи обусловливает «квантовый эффект», заключающийся в том, что находящаяся в ограниченном объеме пространства частица начинает усиленно двигаться, и чем значительнее ограничение, тем выше скорость. Результатом типичного «квантового эффекта» является твердость материи, идентичность атомов одного химического элемента и их высокая механическая устойчивость.
Поскольку ограничения объема атома и уж тем более ядра весьма значительны, скорости движения частиц чрезвычайно велики. Для исследования субатомного мира приходится использовать релятивистскую физику.
3. Атом вовсе не подобен маленькой планетарной системе. Вокруг ядра вращаются не частицы – электроны, а вероятностные волны, причем электрон может переходить с орбиты на орбиту, поглощая или испуская энергию в виде фотона.
4. На субатомном уровне существуют не твердые материальные объекты классической физики, а волновые вероятностные модели , которые отражают вероятность существования взаимосвязей.
5. Элементарные частицы вовсе не элементарны, а чрезвычайно сложны.
6. Всем известным элементарным частицам соответствуют свои античастицы. Пары частиц и античастиц возникают при наличии достаточного количества энергии и превращаются в чистую энергию при обратном процессе аннигиляции.
7. При столкновениях частицы способны переходить одна в другую: например, при столкновении протона и нейтрона рождается пи-мезон и т. д.
8. Никакой эксперимент не может привести к одновременно точному измерению динамических переменных: например, неопределенность положения события во времени оказывается связанной с неопределенностью количества энергии точно так же, как неопределенность пространственного положения частицы обнаруживает связь с неопределенностью ее импульса.
9. Масса является одной из форм энергии; поскольку энергия – это динамическая величина, связанная с процессом, частица воспринимается как динамический процесс, использующий энергию, которая проявляет себя в виде массы частицы.
10. Субатомные частицы одновременно делимы и неделимы. В процессе столкновения энергия двух частиц перераспределяется и образуются такие же частицы. А если энергия достаточно велика, то помимо таких же, как исходные, могут образоваться дополнительно новые частицы.
11. Силы взаимного притяжения и отталкивания между частицами способны преобразовываться в такие же частицы.
12. Мир частиц нельзя разложить на независящие друг от друга мельчайшие составляющие; частица не может быть изолированной.
13. Внутри атома материя не существует в определенных местах, а, скорее, «может существовать»; атомные явления не происходят в определенных местах и определенным образом наверняка, а, скорее, «могут происходить».
14. На результат эксперимента влияет система подготовки и измерения, конечным звеном которой является наблюдатель. Свойства объекта имеют значение только в контексте взаимодействия объекта с наблюдателем, ибо наблюдатель решает, каким образом он будет осуществлять измерения, и в зависимости от своего решения получает характеристику свойства наблюдаемого объекта.
15. В субатомном мире действуют нелокальные связи.
Казалось бы, достаточно сложностей и неразберихи в субатомном мире, лежащем в основе макромира. Но нет! Это еще не все.
Реальность, которая была открыта в результате изучения субатомного мира, обнаружила единство понятий, казавшихся до сих пор противоположными и даже непримиримыми. Мало того что частицы одновременно делимы и неделимы, вещество одновременно прерывисто и непрерывно, энергия превращается в частицы и наоборот и т. д., релятивистская физика объединила даже понятия пространства и времени. Именно это основополагающее единство, которое существует в более высоком измерении (четырехмерное пространство-время), является основой для объединения всех противоположных понятий.
Введение понятия вероятностных волн, которое в определенной степени решило парадокс «частица – волна», переместив его в совершенно новый контекст, привело к возникновению новой пары гораздо более глобальных противопоставлений: существования и несуществования (1). Атомная реальность лежит за пределами и этого противопоставления.
Возможно, это противопоставление наиболее трудно для восприятия со стороны нашего сознания. В физике можно построить конкретные модели, показывающие переход из состояния частиц в состояние волн и обратно. Но никакая модель не может объяснить переход от существования к несуществованию. Никакой физический процесс нельзя использовать для объяснения перехода из состояния, называемого виртуальной частицей, к состоянию покоя в вакууме, где эти объекты исчезают.
Мы не можем утверждать, что атомная частица существует в той или иной точке, и не можем утверждать, что ее там нет. Будучи вероятностной схемой, частица может существовать (одновременно!) в разных точках и представлять собой странную разновидность физической реальности, нечто среднее между существованием и несуществованием. Поэтому мы не можем описать состояние частицы в терминах фиксированных противопоставленных понятий (черное – белое, плюс – минус, холодно – тепло и т. д.). Частица не находится в определенной точке и не отсутствует там. Она не перемещается и не покоится. Изменяется только вероятная схема, то есть тенденция частицы находиться в определенных точках.
Точнее всего этот парадокс выразил Роберт Оппенгеймер, сказав: «Если мы спросим, например, постоянно ли нахождение электрона, нужно сказать „нет“, если мы спросим, изменяется ли местонахождения электрона с течением времени, нужно сказать „нет“, если мы спросим, неподвижен ли электрон, нужно сказать „нет“, если мы спросим, движется ли он, нужно сказать „нет“». Лучше не скажешь!
Не случайно В. Гейзенберг признавался: «Я помню многочисленные споры с Богом до поздней ночи, завершавшиеся признанием нашей беспомощности; когда после спора я выходил на прогулку в соседний парк, я вновь и вновь задавал себе один и тот же вопрос: „Разве может быть в природе столько абсурда, сколько мы видим в результатах атомных экспериментов?“»
Такие пары противоположных понятий, как сила и материя, частица и волна, движение и покой, существование и несуществование, объединенные в одновременное единство, представляют собой сегодня самое сложное для осознания положение квантовой теории. С какими еще парадоксами, переворачивающими все наши представления с ног на голову, столкнется наука, трудно предсказать
Бушующий мир . Но и это еще не все. Способность частиц реагировать на сжатие путем увеличения скорости движения говорит о фундаментальной подвижности материи, которая становится очевидной при углублении в субатомный мир. В этом мире большинство частиц приковано к молекулярным, атомным и ядерным структурам, и все они не покоятся, а находятся в состоянии хаотического движения; они подвижны по своей природе. Квантовая теория показывает, что вещество постоянно движется, не оставаясь ни на миг в состоянии покоя.
Например, взяв в руки кусок железа, мы не слышим и не чувствуем этого движения, оно, железо, кажется нам неподвижным и пассивным. Но стоит рассмотреть этот «мертвый» кусок железа под очень сильным микроскопом, который позволит нам увидеть все, что творится в атоме, мы увидим нечто совершенно другое. Давайте вспомним модель атома железа, в котором двадцать шесть электронов вращаются вокруг ядра, состоящего из двадцати шести протонов и тридцати нейтронов. Стремительный вихрь двадцати шести электронов вокруг ядра подобен хаотическому и постоянно изменяющемуся рою насекомых. Просто удивительно, как эти бешено вращающиеся электроны не сталкиваются друг с другом. Создается впечатление, что внутри каждого имеется встроенный механизм, бдительно следящий за тем, чтобы они не сталкивались.
А если мы заглянем в ядро, то увидим протоны и нейтроны, танцующие в бешеном ритме ламбаду, причем танцоры чередуются и пары меняют партнеров. Словом, в «мертвом» металле в буквальном и фигуральном смысле царит такое разнообразное движение протонов, нейтронов и электронов, которое просто невозможно себе представить.
Этот многослойный бушующий мир состоит из атомов и субатомных частиц, движущихся по различным орбитам с дикой скоростью, «танцующих» замечательный танец жизни под музыку, которую кто-то сочинил. Но ведь все материальные предметы, которые мы видим вокруг себя, состоят из атомов, связанных между собой внутримолекулярными связями различного типа и образующих таким образом молекулы. Только электроны в молекуле совершают движение не вокруг каждого атомного ядра, а вокруг группы атомов. И эти молекулы также находятся в беспрестанном хаотическом колебательном движении, характер которых зависит от термических условий вокруг атомов.
Словом, в субатомном и атомном мире безраздельно властвуют ритм, движение и непрестанное изменение. Но все изменения не случайны и не произвольны. Они следуют очень четким и ясным закономерностям: все частицы той или иной разновидности абсолютно идентичны по массе, величине электрического заряда и другим характерным показателям; все заряженные частицы имеют электрический заряд, который либо равен заряду электрона, либо противоположен ему по знаку, либо превышает его в два раза; и остальные характеристики частиц могут принимать не любые произвольные значения, а только ограниченное их количество, что позволяет ученым разделить частицы на несколько групп, которые могут быть также названы «семьями» (24).
Невольно напрашиваются вопросы: кто сочинил музыку для удивительного танца субатомных частиц, кто задал информационную программу и научил пары танцевать, в какой момент начался этот танец? Иными словами: как образуется материя, кто ее создал, когда это случилось? Это те вопросы, на которые наука ищет ответы.
К сожалению, наше мировосприятие характеризуется ограниченностью и приблизительностью. Наше ограниченное понимание природы приводит к разработке ограниченных «законов природы», которые позволяют описать большое количество явлений, но самые важные законы мироздания, влияющие на мировоззрение человека, по-прежнему во многом остаются для нас неизведанными.
«Позиция большинства физиков напоминает мировосприятие шизофреника, – говорит теоретик квантовой физики Фриц Рорлих из Сиракузского университета. – С одной стороны, они принимают стандартное толкование квантовой теории. С другой стороны, они настаивают на реальности квантовых систем, даже если таковые принципиально ненаблюдаемы».
Действительно странная позиция, которую можно выразить так: «Я не собираюсь думать об этом, даже если я знаю, что это правда». Эта позиция удерживает многих физиков от рассмотрения логических следствий из наиболее поразительных открытий квантовой физики. Как указывает Дэвид Мермин из Корнельского университета, физики подразделяются на три категории: первая – незначительное меньшинство, которому не дают покоя сами собой напрашивающиеся логические следствия; вторая – группа, уходящая от проблемы с помощью множества соображений и доводов, по большей части несостоятельных; и, наконец, третья категория – те, у кого нет никаких соображений, но это их не волнует. «Такая позиция, конечно, самая удобная», – отмечает Мермин (1).
Тем не менее ученые осознают, что все их теории, описывающие явления природы, включая и описание «законов», представляют собой продукт человеческого сознания, следствия понятийной структуры нашей картины мира, а не свойства самой реальности. Все научные модели и теории представляют собой лишь приближения к истинному положению дел. Ни одна из них не может претендовать на истину в последней инстанции. Неокончательность теорий проявляется прежде всего в использовании так называемых «фундаментальных констант», то есть величин, значения которых не выводятся из соответствующих теорий, а определяются эмпирически. Квантовая теория не может объяснить, почему электрон обладает именно такой массой и таким электрическим зарядом, а теория относительности не может объяснить именно такую величину скорости света.
Безусловно, наука никогда не сумеет создать идеальную теорию, которая объяснит все, но она постоянно должна стремиться к этому, пусть даже недостижимому рубежу. Ибо чем выше установлена планка, через которую должен перепрыгнуть прыгун, тем большую высоту он возьмет, даже если не установит рекорда. И ученые, как прыгун на тренировках, постоянно поднимают планку, последовательно разрабатывая отдельные частные и приблизительные теории, каждая из которых является более точной, чем предыдущая.
Сегодня наука уже располагает рядом частных теорий и моделей, достаточно успешно описывающих некоторые стороны волнующей нас волновой квантовой реальности. Как считают многие ученые, наиболее перспективными теориями – точками опоры для дальнейшего развития теоретической физики, опирающейся на сознание, являются гипотеза «бутстрапа» Джеффри Чу, теория Дэвида Бома и теория торсионных полей. А уникальные экспериментальные работы российских ученых под руководством академика В. П. Казначеева в значительной степени подтверждают правильность подходов в исследовании Вселенной и Сознания, заложенных в указанных гипотезах и теориях.
Из книги Гиперборейское учение автора Татищев Б Ю2. 1. Парадоксы современной России. Времена изменились. Теперешним «демократом» для продолжения грабежа России и её народа приходится прилагать некоторые усилия для «стабилизации экономики». А у «патриотов - державников» давно уже прошли все сроки, отпущенные им на
Из книги Феномены иных миров автора Кульский АлександрГлава 11. ПАРАДОКСЫ, КОТОРЫХ НЕ БЫЛО Одним из самых краеугольных, фундаментальных камней, лежащих в основании традиционной физики и философии, является принцип причинности. То есть «железной» однонаправленности во взаимоотношениях причины и следствия. Сперва, стало быть,
Из книги Основы физики духа автора Скляров Андрей ЮрьевичГлава 6. Активные и пассивные объекты духовно-нематериального мира как аналог живого и неживого материального мира. «Все живо, но условно мы считаем живым только то, что достаточно сильно чувствует». К.Циолковский В материальном макромире, как известно, вещество (как один
Из книги Последний завет Дон Хуана: магия толтеков и эзотерика духовности автора Каптен (Омкаров) Юри (Артур) Леонардович6. ПАРАДОКСЫ ЗДОРОВЬЯ С ПОЗИЦИЙ МАГИИ И ДУХОВНОСТИ Хотя многие аспекты магии самоисцеления уже были отмечены выше, и мне не раз пришлось повторяться, имеет смысл систематизировать и свести вместе моменты, связанные с обретением несокрушимого здоровья посредством
Из книги НЛО:Визитеры из вечности автора Комиссаров Виталий СергеевичПарадоксы древних знаний "…Bукоренившихся у нас взглядах на прошлое пращур неолита всегда представлялся в образе мохнатого детинушки, гоняющегося за мамонтом. Но неожиданные открытия посыпались одно за другим…" Кем были наши предки? На этот вопрос, казалось, давно был
Из книги Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени автора Бич Анатолий Макарович3.3. Загадки и парадоксы времени Сомнения по поводу того, включать или не включать в настоящую работу этот раздел, не оставляли меня до последней минуты. С одной стороны, я хотел бы попытаться объяснить некоторые загадки времени и феномены парапсихологии, но с другой - это
Из книги Жизнь без границ. Нравственный закон автора3.3.1. Физические парадоксы времени «Летом 1912 г. …газеты Великобритании описали загадочную историю, произошедшую в железнодорожном экспрессе, следовавшем из Лондона в Глазго. Свидетелями происшествия в одном из вагонов оказались двое незнакомых друг другу пассажиров -
Из книги Учение жизни автора Рерих Елена Ивановна Из книги Книга 3. Пути. Дороги. Встречи автора Сидоров Георгий Алексеевич Из книги Учение жизни автора Рерих Елена Ивановна Из книги Искусство управления миром автора Виногродский Бронислав Брониславович[Символ сокрытия Матерью Мира Своего Лика от мира] Напомню Вам, что Матерь Мира скрыла Свой Лик от человечества также и в силу космических причин. Ибо, когда Люцифер решил унизить женщину для захвата власти над человечеством, космические условия благоприятствовали такому
Из книги Жизнь без границ. Нравственный Закон автора Жикаренцев Владимир ВасильевичУправление состояниями Парадоксы сознания Как только возникает желание улучшить свое состояние, значит, произошло ухудшение. Как только собираешься совершенствовать себя, значит, обнаружил новые несовершенства.Намерение рождается там, где обнаруживается его
Из книги Как сны и почерк помогут исправить ошибки прошлого автора Энтис ДжекУправление состояниями Парадоксы великого Принципы развития сознания можно выразить устойчивыми определениями:Внутреннее состояние ясности в понимании совершенства может проявляться вовне как тьма непонимания.Внутреннее состояние продвижения по пути совершенного
Из книги Код бессмертия. Правда и мифы о вечной жизни автора Прокопенко Игорь СтаниславовичПарадоксы русской жизни Законы и логика в России не работают, потому что главным законом в нашей стране является сердце, центр, где сходятся все противоположности. Сердце судит о мире, людях и явлениях, исходя из единства мира и вещей, поэтому для него нет законов,
Из книги автораГлава 14 Сны, которые нас будят (Или сны-парадоксы) ВЕЩИЕ, или предсказательные, сны чаще всего мы отличаем по яркой раскраске и остроте ощущений. Но так же и по ПАРАДОКСАЛЬНОСТИ сюжета или образа…Вернёмся к нашей Алисе.Я вырву из контекста парадоксально связанные образы
Из книги автораГлава 3. Парадоксы долголетия Летом 2013 года ученые сделали сенсационный прогноз: буквально через 10 лет средний срок жизни человека может увеличиться вдвое, а в более далекой перспективе есть возможность победить старение, а затем и смерть.Немецкие ученые из Кильского
Субатомная физика необычайно популярна. За исследования в этом направлении ученые часто получают Нобелевскую премию. Неверонятной популярностью пользуются нейтрино. За эту частицу присудили четыре награды. 1988 году отметили открытие мюонного нейтрино. В 1995 году, премию получил Фред Рейнерс за регистрацию нейтрино. В 2002 году Рэй Дэвис и Масатоши Кошиба измерили сколько нейтрино Солнце присылает на Землю. В этом году Такааки Каджита и Артур Макдональд разделили премию за демонстрацию того, как нейтрино могут переходить из одной формы в другую.
Вольфганг Паули, предсказавший нейтрино, тоже получил
Нобелевскую премию, но за другое открытие в физике элементарных частиц.
Возможно, он бы получил еще одну, за нейтрино, но он опубликовал свое открытие
в форме письма для конференции физиков, которую не посетил.
Однако самая популярная субатомная частица не единственный сюрприз микромира. Есть еще десяток разных открытий, которые можно назвать сногсшибательными.
10. Существование субатомных частиц
На протяжении 19-го века под вопросом было само существование атомов, и то благодаря успеху атомной теории в химии, озвученной английским школьным учителем Джоном Дальтоном. До него атомы были отвлеченным философским понятием, которое использовалось в рассуждениях о конечной природе материи, но рассматривалось за пределами экспериментальных исследований. Многие физики, вообще, считали атомы фикцией, удобной для объяснения данных экспериментов, но нереальной.
Данные накапливались, и пришлось признать, что если атомы и не существуют, то должна быть какая-то неделимая структура похожая на них. Камнем, подтверждающим существование атомов, стало повторение свойств элементов в периодической системе Менделеева. В 1897 году Томсон сообщил об открытии первой, элементарной частицы – электрона, которая полностью опровергала неделимость атомов.
9. Атомное ядро
Не успели физики принять идею, что атомы существуют, им пришлось начать мириться с тем, что они состоят из отдельных деталей. Томпсон предположил, что отрицательные электроны плавают, как вишни в положительно заряженном пудинге. Но когда Эрнесту Резерфорду и его помощникам удалось расстрелять альфа-частицами тонкий лист золота, некоторые из «патронов» отскочили назад. Это удивило Резерфорда, по его словам это было бы сравнимо со стрельбой по папиросной бумаге, при которой артиллерийские снаряды отлетали назад. Ученый предположил, что внутри атома находится крошечный шарик, сегодня мы называем их ядрами.
8. Нейтроны
К 1930 году физики знали о существовании двух субатомных частиц: протона и электрона, казалось, они все объясняли, кроме одного, почему положительно заряженные протоны не разлетаются. В 1920 году Резерфорд предположил, что они удерживаются рядом, благодаря еще одной частицы в ядре – нейтрону. В 1932 году Джемс Чедвик обнаружил нейтральную частицу. Количество элементарных частиц постоянно росло.
Открытие нейтрона стало огромной неожиданностью для физиков. Когда Резерфорд выдвинул идею существования нейтрона, ему мало кто поверил, возможно, только Чедвик.
7. Субатомные частицы на самом деле волны
Этот сюрприз связан с довольно комичной историей. В 1906 году Томсон получил Нобелевскую премию за то, что доказал экспериментально существование субатомное частицы – электрона. В 1973 году, его сын Джордж тоже получил эту награду, потому, что ему удалось продемонстрировать: электрон – это волна, по крайней мере, иногда. Эта двойственность волна-частица находится в центре квантовой физики.
6. Обнаружение нейтрино
В 1934 году Бете и Рудольф Пайерлс доказали, что нейтрино слабо взаимодействует с веществом, и глупо было бы пытаться обнаружить хотя бы одно. Понадобиться резервуар твердого вещества с диаметром в 1000 световых лет. Но тут же был обнаружен атомный распад и изобретены ядерные реакторы. Физики получили плодовитый источник нейтрино.
5. Элементарные частицы оказались не такими уж элементарными
Уже к 1950 году было обнаружено множество субатомных частиц, мало того, что неделимый атом оказался, еще как делимым, так и количество его частичек перевалило за полсотни. Один из лауреатов Нобелевской премии Леон Ладерман даже пошутил, что если бы ему нужно было выучить названия всех субатомных частиц, он бы стал ботаником. Физики начали подозревать, что у элементарных частиц, есть свои детали.
4. Кварки
В 1950 году физики узнали о субатомных частицах, которые не являются частью атомов. В 1960 году появилась мысль, что элементарные частицы, состоят из маленьких кирпичиков, которые имеют дробный заряд. Мюррей Гелл-Манн назвал эти частицы кварками, идея была новаторской, так как до этого считалось, что дробные заряды – это нонсенс. Через несколько лет очередной сюрприз от экспериментаторов – удалось подтвердить существование кварков.
3. Нарушение симметрии
Задолго до взрыва открытий субатомных частиц, уважаемый математик Герман Вейль отметил, что природа ничего не знает о паритете. Не может быть сомнений, что все законы природы инвариантны по отношению к перестановке справа и слева. Но в 1956 году Чэнь Нин Ян и Цзун-Дао Ли высказали идею, что правило лево-правой симметрии в некоторых случаях не работало, когда дело касается субатомных частиц. Это было сенсацией, особенно, когда появились подтверждения от экспериментаторов.
2. Стабильность протонов
Вне атомного ядра нейтроны крайне нестабильны и распадаются в течение нескольких минут на протон, электрон и антинейтрино. Но, кажется, что протон необычайно стабилен и может оставаться неделимым вечно. Хотя в 1970 годы теоретики начали верить, что протоны должны распадаться хотя бы за триллионы триллионов лет, несмотря на все усилия по выявлению подобного события ученым не удалось его зафиксировать. Это вызвало большое удивление. Все распадается, а протоны – нет.
1. Антиматерия
В 1932 году был обнаружен не только нейтрон, но и позитрон. Его вычислил Карл Андерсон, анализируя следы космических лучей в камере Вильсона. Среди отпечатков физик нашел тот, который выглядел, как и у электрона, но был изогнут в неправильном направлении. Это оказался позитрон, античастица электрона, Андерсон назвал это положительный электрон. Открытие частиц антиматерии было большой неожиданностью, но вполне отвечало теоретическим выкладкам Поля Дирака. Удивительно, что кто-то мог сделать вывод о существовании чего-то настолько странного, просто играя с уравнениями.
По теме « Свойства атома »
Выполнил студент 1 курса
Группы Ке-ДЛИ-401
Елисеев Владислав
Проверила:
Медведева Ольга Алексеевна
Кемерово 2015
Строение атома.
В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя едина, но приобретает те или иные свойства в зависимости от её “сущности”. Некоторые из них утверждали, что вещество состоит из мельчайших частиц, называемых атомами. Научные основы атомно-молекулярного учения были заложены позднее в работах русского учёного М.В. Ломоносова, французских химиков Л. Лавуазье и Ж. Пруста, английского химика Д. Дальтона, итальянского физика А. Авогадро и других исследователей.
Периодический закон Д.И. Менделеева показывает существование закономерной связи между всеми химическими элементами. Это говорит о том что в основе всех атомов лежит нечто общее. До конца XIX века в химии царило убеждение, что атом есть наименьшая неделимая частица простого вещества. Считалось, что при всех химических превращениях разрушаются и создаются только молекулы, атомы же остаются неизменными и не могут дробиться на части. И наконец в конце XIX века были сделаны открытия, показавшие сложность строения атома и возможность превращения одних атомов в другие.
Это послужило толчком к образованию и развитию нового раздела химии “Строение атома”. Первым указанием на сложную структуру атома - были опыты по изучению катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно разреженных газах. Для наблюдения этих лучей из стеклянной трубки, в которую впаяны два металлических электрода, выкачивается по возможности весь воздух и затем пропускается сквозь нее ток высокого напряжения. При таких условиях от катода трубки перпендикулярно к его поверхности распространяются "невидимые" катодные лучи, вызывающие яркое зеленое свечение в том месте, куда они попадают. Катодные лучи обладают способностью приводить в движение. На их пути легко подвижные тела откланяются от своего первоначального пути в магнитном и электрическом поле (в последнем в сторону положительно заряженной пластины). Действие катодных лучей обнаруживается только внутри трубки, так как стекло для них непроницаемо. Изучение свойств катодных лучей привело к заключению, что они состоят из мельчайших частиц, несущих отрицательный заряд и летящих со скоростью, достигающей половины скорости света. Также удалось определить массу и величину их заряда. Масса каждой частицы равнялась 0,00055 углеродной частицы. Заряд равняется 1,602 на 10 в минус 19 степени. Особенно замечательно, что масса частиц и величина их заряда не зависит ни от природы газа, остающегося в трубке, ни от вещества из которого сделаны электроды, ни от прочих условий опыта. Кроме того, катодные частицы известны только в заряженном состоянии и не могут существовать без своих зарядов, не могут быть превращены в электронейтральные частицы: электрический заряд составляет, самую сущность их природы. Эти частицы получили название электронов. В катодных трубках электроны отделяются от катода под влиянием электрического заряда. Но они могут возникать и вне всякой связи с электрическим зарядом. Так, например при электронной эмиссии металлы испускают электроны; при фотоэффекте многие вещества также выбрасывают электроны. Выделение электронов самыми разнообразными веществами указывает на то, что эти частицы входят в состав всех атомов; следовательно атомы являются сложными образованиями, построенными из более мелких “составных частей”.
Изучение строения атома практически началось в 1897-1898 гг., после того как была окончательно установлена природа катодных лучей как потока электронов и были определены величина заряда и масса электрона. Факт выделения электронов самыми разнообразными веществами приводил к выводу, что электроны входят в состав всех атомов. Но атом, как известно, электрически нейтрален, из этого следовало, что в его состав должна была входить ещё одна составная часть, уравновешивавшая сумму отрицательных зарядов электронов. Эта положительно заряженная часть атома была открыта в 1911 г. Резерфордом при исследовании движения
частиц в газах и других веществах.
| Резерфорд Эрнест (1871-1937) |
частицы, выбрасываемые веществами активных элементов представляют собой положительно заряженные ионы гелия, скорость движения которых достигает 20000 км/сек. Благодаря такой огромной скорости частицы, пролетая через воздух и сталкиваясь с молекулами газов, выбивают из них электроны. Молекулы, потерявшие электроны, становятся заряженными положительно, выбитые же электроны тотчас присоединяются к другим молекулам, заряжая их отрицательно. Таким образом, в воздухе на пути частиц образуются положительно и отрицательно заряженные ионы газа. Способность частиц ионизировать воздух была использована английским физиком Вильсоном для того, чтобы сделать видимыми пути движения отдельных частиц и сфотографировать их.
Впоследствии аппарат для фотографирования частиц получил название камеры Вильсона. (Первый трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912. Действие Вильсона камеры основано на конденсации пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. В дальнейшем вытеснена другими трековыми детекторами.)
Исследуя пути движения частиц с помощью камеры, Резерфорд заметил, что в камере они параллельны (пути), а при пропускании пучка параллельных лучей через слой газа или тонкую металлическую пластинку, они выходят не параллельно, а несколько расходятся, т.е. происходит отклонение частиц от их первоначального пути. Некоторые частицы отклонялись очень сильно, некоторые вообще не проходили через тонкую пластинку.
Исходя из этих наблюдений, Резерфорд предложил свою схему строения атома: в центре атома находится положительное ядро, вокруг которого по разным орбиталям вращаются отрицательные электроны. Центростремительные силы, возникающие при их вращении удерживают их на своих орбиталях и не дают им улететь. Эта модель атома легко объясняет явление отклонения частиц. Размеры ядра и электронов очень малы по сравнению с размерами всего атома, которые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра электронов; поэтому большинство частиц пролетает через атомы без заметного отклонения. Только в тех случаях, когда частицы очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути. Таким образом, изучение рассеяние частиц положило начало ядерной теории атома. Одной из задач, стоявших перед теорией строения атома в начале ее развития, было определение величины заряда ядра различных атомов. Так как атом в целом электрически нейтрален, то, определив заряд ядра, можно было бы установить и число окружающих ядро электронов. В решении этой задачи этой большую помощь оказало изучение спектров рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи возникают при ударе быстро летящих электронов о какое-либо твердое тело и отличаются от лучей видимого света только значительно меньшей длиной волны. В то время как короткие световые волны имеют длину около 4000 ангстремов (фиолетовые лучи), длины волн рентгеновских лучей лежат в пределах от 20 до 0,1 ангстрема. Чтобы получить спектр рентгеновских лучей, нельзя пользоваться обыкновенной призмой или дифракционной решеткой. (Дифракционная РЕШЕТКА, оптический прибор; совокупность большого количества параллельных щелей в непрозрачном экране или отражающих зеркальных полосок (штрихов), равноотстоящих друг от друга, на которых происходит дифракция света. Дифракционная решетка разлагает падающий на нее пучок света в спектр, что используется в спектральных приборах.)
Для рентгеновских лучей требовалась решётка с очень большим количеством делений на один миллиметр (примерно 1млн./1мм.). Такую решётку искусственно приготовить было невозможно. В 1912 г. у швейцарского физика Лауэ возникла мысль использовать кристаллы в качестве дифракционной решетки для рентгеновских лучей.
Упорядоченное расположение атомов в кристалле и малое расстояние между ними давало повод предполагать что как раз кристаллы и подойдут на роль требуемой дифракционной решётки.
Опыт блестяще подтвердил предположение Лауэ, вскоре удалось построить приборы, которые давали возможность получать спектр рентгеновских лучей почти всех элементов. Для получения рентгеновских спектров антикатод в рентгеновских трубках делают из того металла, спектр которого хотят получить, или же наносят соединение исследуемого элемента. Экраном для спектра служит фотобумага; после проявления на ней видны все линии спектра. В 1913 г. английский ученый Мозли, изучая рентгеновские спектры нашел соотношение между длинами волн рентгеновских лучей и порядкового номерами соответствующих элементов - это носит название закона Мозли и может быть сформулировано следующим образом: Корни квадратные из обратных значений длин волн находятся в линейной зависимости от порядковых номеров элементов.
Еще до работ Мозли некоторые учёные предполагали, что порядковый номер элемента указывает число зарядов ядра его атома. В тоже время Резерфорд, изучая рассеивание частиц при прохождении через тонкие металлические пластинки, выяснил, что если заряд электрона принять за единицу, то выражаемый в таких единицах заряд ядра приблизительно равен половине атомного веса элемента. Порядковый номер, по крайне мере более легких элементов, тоже равняется примерно половине атомного веса. Все вместе взятое привело к выводу, что Заряд ядра численно равен порядковому номеру элемента. Таким образом, закон Мозли позволил определить заряды атомных ядер. Тем самым, ввиду нейтральности атомов, было установлено и число электронов, вращающихся вокруг ядра в атоме каждого элемента. Ядерная модель атома Резерфорда получила свое дальнейшее развитие благодаря работам Нильс Бора , в которых учение о строении атома неразрывно связывается с учением о происхождении спектров.
Линейчатые спектры получаются при разложении света испускаемого раскаленными парами или газами. Каждому элементу отвечает свой спектр, отличающийся от спектров других элементов. Большинство металлов дает очень сложные спектры, содержащие огромное число линий (в железе до 5000), но встречаются и сравнительно простые спектры.
Развивая ядерную теорию Резерфорда, ученые пришли к мысли, что сложная структура линейчатых спектров обусловлена происходящими внутри атомов колебаниями электронов. По теории Резерфорда, каждый электрон вращается вокруг ядра, причем сила притяжения ядра уравновешивается центробежной силой, возникающей при вращении электрона. Вращение электрона совершенно аналогично его быстрым колебаниям и должно вызвать испускание электромагнитных волн. Поэтому можно предположить, что вращающийся электрон излучает свет определенной длины волны, зависящий от частоты обращения электрона по орбите. Но, излучая свет, электрон теряет часть своей энергии, в следствие чего нарушается равновесие между ним и ядром; для восстановления равновесия электрон должен постепенно передвигаться ближе к ядру, причем так же постепенно будет изменяться частота обращения электрона и характер испускаемого им света. В конце концов, исчерпав всю энергию, электрон должен "упасть" на ядро, и излучение света прекратится. Если бы на самом деле происходило такое непрерывное изменение движения электрона, то и спектр получался бы всегда непрерывный, а не с лучами определенной длины волны. Кроме того, "падение" электрона на ядро означало бы разрушение атома и прекращения его существования. Таким образом, теория Резерфорда была бессильна объяснить не только закономерности в распределении
линий спектра, ни и само существование линейчатых спектров. В 1913 г. Бор предложил сою теорию строения атома, в которой ему удалось с большим искусством согласовать спектральные явления с ядерной моделью атома, применив к последней так называемую квантовую теорию излучения, введенную в науку немецким ученым-физиком Планком. Сущность теории квантов сводится к тому, что лучистая энергия испускается и поглощается не непрерывно, как принималось раньше, а отдельными малыми, но вполне определенными порциями - квантами энергии. Запас энергии излучающего тела изменяется скачками, квант за квантом; дробное число квантов тело не может ни испускать, ни поглощать. Величина кванта энергии зависит от частоты излучения: чем больше частота излучения, тем больше величина кванта. Кванты лучистой энергии называются также фотонами. Применив квантовые представления к вращению электронов вокруг ядра, Бор положил в основу своей теории очень смелые предположения, или постулаты. Хотя эти постулаты и противоречат законам классической электродинамики, но они находят свое оправдание в тех поразительных результатах, к которым приводят, и в том полнейшем согласии, которое обнаруживается между теоретическими результатами и огромным числом экспериментальных фактов. Постулаты Бора заключаются в следующем: Электрон может двигаться вокруг не по любым орбитам, а только по таким, которые удовлетворяют определенными условиям, вытекающим из теории квантов. Эти орбиты получили название устойчивых или квантовых орбит. Когда электрон движется по одной из возможных для него устойчивых орбит, то он не излучает. Переход электрона с удаленной орбиты на более близкую сопровождается потерей энергии. Потерянная атомом при каждом переходе энергия превращается в один квант лучистой энергии. Частота излучаемого при этом света определяется радиусами тех двух орбит, между которыми совершается переход электрона. Чем больше расстояние от орбиты, на которой находится электрон, до той, на которую он переходит, тем больше частота излучения. Простейшим из атомов является атом водорода; вокруг ядра которого вращается только один электрон. Исходя из приведенных постулатов, Бор рассчитал радиусы возможных орбит для этого электрона и нашел, что они относятся, как квадраты натуральных чисел: 1: 2: 3: ... n Величина n получила название главного квантового числа. Радиус ближайшей к ядру орбиты в атоме водорода равняется 0,53 ангстрема. Вычисленные отсюда частоты излучений, сопровождающих переходы электрона с одной орбиты на другую, оказались в точности совпадающими с частотами, найденными на опыте для линий водородного спектра.Тем самым была доказана правильность расчета устойчивых орбит, а вместе с тем и приложимость постулатов Бора для таких расчетов. В дальнейшем теория Бора была распространена и на атомную структуру других элементов, хотя это было связанно с некоторым трудностями из-за ее новизны.
Теория Бора позволила разрешить очень важный вопрос о расположении электронов в атомах различных элементов и установить зависимость свойств элементов от строения электронных оболочек их атомов. В настоящее время разработаны схемы строения атомов всех химических элементов. Однако, иметь ввиду, что все эти схемы это лишь более или менее достоверная гипотеза, позволяющая объяснить многие физические и химические свойства элементов. Как раньше уже было сказано, число электронов, вращающихся вокруг ядра атома, соответствует порядковому номеру элемента в периодической системе. Электроны расположены по слоям, т.е. каждому слою принадлежит определенное заполняющие или как бы насыщающее его число электронов. Электроны одного и того же слоя характеризуются почти одинаковым запасом энергии, т.е. находятся примерно на одинаковом энергетическом уровне. Вся оболочка атома распадается
на несколько энергетических уровней. Электроны каждого следующего слоя находятся на более высоком энергетическом уровне, чем электроны предыдущего слоя. Наибольшее число электронов N, могущих находиться на данном энергетическом уровне, равно удвоенному квадрату номера слоя:
где n-номер слоя. Кроме того, установлено, что число электронов в наружном слое для всех элементов, кроме палладия, не превышает восьми, а в предпоследнем - восемнадцати. Электроны наружного слоя, как наиболее удаленные от ядра и, следовательно, наименее прочно связанные с ядром, могут отрываться от атома и присоединяться к другим атомам, входя в состав наружного слоя последних. Атомы, лишившиеся одного или нескольких электронов, становятся заряженные положительно, так как заряд ядра атома превышает сумму зарядов оставшихся электронов. Наоборот атомы присоединившие электроны становятся заряженные отрицательно. Образующиеся таким путем заряженные частицы, качественно отличные от соответствующих атомов. называются ионами. Многие ионы в свою очередь могут терять или присоединять электроны, превращаясь при этом или в электронейтральные атомы, или в новые ионы с другим зарядом. Теория Бора оказала огромные услуги физике и химии, подойдя, с одной стороны, к раскрытию законов спектроскопии и объяснению механизма лучеиспускания, а с другой - к выяснению структуры отдельных атомов и установлению связи между ними. Однако оставалось еще много явлений в этой области, объяснить которые теория Бора не могла.
Движение электронов в атомах Бор представлял как простое механическое, однако оно является сложным и своеобразным. Это своеобразие было объяснено новой квантовой теорией. Отсюда и пошло: “Карпускулярно-вролновой дуализм”.
И так, электрон в атоме характеризуется:
1. Главным квантовым числом n, указывающим на энергию электрона;
2. Орбитальным квантовым числом l , указывающим на характер орбиты;
3. Магнитным квантовым числом, характеризующим положение облаков в пространстве;
4. И спиновым квантовым числом, характеризующим веретенообразное движение электрона вокруг своей оси.
В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя едина, но приобретает те или иные свойства в зависимости от её “сущности”. А сейчас, в наше время, благодаря великим учёным, мы точно знаем, из чего на самом деле она состоит.
Используемая литература:
1) Курс общеё химии (Н.В. Коровин)
2) Курс общей химии (А.Н. Харин)
3) Строение вещества (В.К. Васильев, А.Н. Шувалова)
4) Физическая химия (А.Л. Дайнэко)
Строение атомного ядра. Субатомные частицы. Элементы. Изотопы.
Атом состоит из ядра и окружающего его электронного "облака". Находящиеся в электронном облаке электроны несут отрицательный электрический заряд. Протоны , входящие в состав ядра, несут положительный заряд.
В любом атоме число протонов в ядре в точности равно числу электронов в электронном облаке, поэтому атом в целом – нейтральная частица, не несущая заряда.
Атом может потерять один или несколько электронов или наоборот – захватить чужие электроны. В этом случае атом приобретает положительный или отрицательный заряд и называется ионом .
Практически вся масса атома сосредоточена в его ядре, так как масса электрона составляет всего лишь 1/1836 часть массы протона. Плотность вещества в ядре фантастически велика – порядка 10 13 - 10 14 г/см 3 . Спичечный коробок, наполненный веществом такой плотности, весил бы 2,5 миллиарда тонн!
Внешние размеры атома – это размеры гораздо менее плотного электронного облака, которое примерно в 100000 раз больше диаметра ядра.
Кроме протонов, в состав ядра большинства атомов входят нейтроны , не несущие никакого заряда. Масса нейтрона практически не отличается от массы протона. Вместе протоны и нейтроны называются нуклонами (от латинского nucleus – ядро).
Электроны, протоны и нейтроны являются главными "строительными деталями" атомов и называются субатомными частицами. Их заряды и массы в кг и в специальных “атомных” единицах массы (а.е.м.) показаны в таблице 2-1.
Таблица 2-1. Субатомные частицы.
Из таблицы 2-1 видно, что массы субатомных частиц чрезвычайно малы. Показатель степени (например, десять в минус двадцать седьмой степени) показывает, сколько нулей после запятой нужно записать, чтобы получилась десятичная дробь, выражающая массу субатомной частицы в килограммах. Это ничтожнейшая часть килограмма, поэтому массу субатомных частиц удобнее выражать в атомных единицах массы (сокращенно – а.е.м.). За атомную единицу массы принята ровно 1/12 часть массы атома углерода, в ядре которого содержится 6 протонов и 6 нейтронов. Схематическое изображение такого "эталонного" атома углерода приведено на рис. 2-5 (б). Атомную единицу массы можно выразить и в граммах: 1 а.е.м. = 1,660540·10 -24 г.
<="" p="">
Рис. 2-5. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и электронного облака. а) В состав ядра атома водорода входит только 1 протон, а электронное облако заполняется одним электроном. б) В ядре атома углерода 6 протонов и 6 нейтронов, а в электронном облаке – 6 электронов. в) Существует также изотопный углерод, ядре которого на 1 нейтрон больше. Содержание этого изотопа в природном углероде составляет чуть более 1% (об изотопах см. ниже). Линейные размеры атомов очень малы: их радиусы составляют от 0,3 до 2,6 ангстрема (1 ангстрем = 10 –8 см). Радиус ядра около 10 –5 ангстрема, то есть 10 –13 см. Это в 100000 раз меньше размеров электронной оболочки. Поэтому правильно показать относительные пропорции ядер и электронных оболочек на рисунке невозможно. Если бы атом увеличился до размеров Земли, то ядро имело бы всего около 60 м в диаметре и могло бы поместиться на футбольном поле.
Масса атома, выраженная в килограммах или граммах, называется абсолютной атомной массой . Чаще пользуются относительной атомной массой , которая выражается в атомных единицах массы (а.е.м.). Относительная атомная масса представляет собой отношение массы какого-нибудь атома к массе 1/12 части атома углерода. Иногда говорят более коротко: атомный вес . Последний термин вовсе не устаревший, как иногда пишут в учебниках – он широко используются в современной научной литературе, поэтому мы тоже будем его применять. Относительная атомная масса и атомный вес, фактически, безразмерные величины (масса какого-либо атома делится на массу части атома углерода), поэтому обозначение "а.е.м." после численного значения обычно опускают (но можно и написать, в этом не будет ошибки). Термины “относительная атомная масса”, “атомная масса” , “атомный вес” в научном химическом языке обычно используются равноправно и между ними просто не делают различий. В Международном союзе химиков (IUPAC) существует Комиссия по относительной распространенности изотопов и атомным весам (Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights или сокращенно – CIAAW), но не "Комиссия по относительным атомным массам". Однако все химики прекрасно понимают, что речь идет об одном и том же.
В российских учебниках и заданиях ЕГЭ пользуются термином относительная атомная масса , которую обозначают символом A r . Здесь "r" – от английского "relative" – относительный. Например, A r = 12,0000 – относительная атомная масса углерода 12 6 C равна 12,0000. В современной научной литературе относительная атомная масса и атомный вес – синонимы.
** Из курса физики вы помните, что вес физического тела является переменной величиной. Например, на Земле и на Луне одно и то же физическое тело имеет разный вес, но масса тела – величина постоянная. Поэтому термин “относительная атомная масса” считается более строгим. Для многих вычислений удобно массы протона и нейтрона в шкале а.е.м. считать округленно равными единице .
На рис. 2-5 показаны атомы двух разных видов. Может возникнуть вопрос: почему двух, а не трех видов – ведь на рисунке изображены три атома? Дело в том, что атомы (б) и (в) относятся к одному и тому же химическому элементу углероду, в то время как атом (а) – совсем другой элемент (водород). Что же такое химические элементы и чем они отличаются друг от друга?
Водород и углерод отличаются числом протонов в ядре и, следовательно, числом электронов в электронной оболочке. Число протонов в ядре атома называют зарядом ядра атома и обозначают буквой Z. Это очень важная величина. Когда мы перейдем к изучению Периодического закона, то увидим, что число протонов в ядре совпадает с порядковым номером атома в Периодической таблице Д.И.Менделеева.
Как мы уже говорили, заряд ядра (число протонов) совпадает с числом электронов в атоме. Когда атомы сближаются, то в первую очередь они взаимодействуют друг с другом не ядрами, а электронами. Число электронов определяет способность атома образовывать связи с другими атомами, то есть его химические свойства. Поэтому атомы с одинаковым зарядом ядра (и одинаковым числом электронов) ведут себя в химическом отношении практически одинаково и рассматриваются как атомы одного химического элемента .
И ядерная физика .
Субатомными частицами являются атомные составляющие: электрон , нейтрон и протон . Протон и нейтрон в свою очередь состоят из кварков .
См. также
Напишите отзыв о статье "Субатомная частица"
Ссылки
Отрывок, характеризующий Субатомная частица
– Bien faite et la beaute du diable, [Хорошо сложена и красота молодости,] – говорил этот человек и увидав Ростова перестал говорить и нахмурился.– Что вам угодно? Просьба?…
– Qu"est ce que c"est? [Что это?] – спросил кто то из другой комнаты.
– Encore un petitionnaire, [Еще один проситель,] – отвечал человек в помочах.
– Скажите ему, что после. Сейчас выйдет, надо ехать.
– После, после, завтра. Поздно…
Ростов повернулся и хотел выйти, но человек в помочах остановил его.
– От кого? Вы кто?
– От майора Денисова, – отвечал Ростов.
– Вы кто? офицер?
– Поручик, граф Ростов.
– Какая смелость! По команде подайте. А сами идите, идите… – И он стал надевать подаваемый камердинером мундир.
Ростов вышел опять в сени и заметил, что на крыльце было уже много офицеров и генералов в полной парадной форме, мимо которых ему надо было пройти.
Проклиная свою смелость, замирая от мысли, что всякую минуту он может встретить государя и при нем быть осрамлен и выслан под арест, понимая вполне всю неприличность своего поступка и раскаиваясь в нем, Ростов, опустив глаза, пробирался вон из дома, окруженного толпой блестящей свиты, когда чей то знакомый голос окликнул его и чья то рука остановила его.
– Вы, батюшка, что тут делаете во фраке? – спросил его басистый голос.
Это был кавалерийский генерал, в эту кампанию заслуживший особенную милость государя, бывший начальник дивизии, в которой служил Ростов.
Ростов испуганно начал оправдываться, но увидав добродушно шутливое лицо генерала, отойдя к стороне, взволнованным голосом передал ему всё дело, прося заступиться за известного генералу Денисова. Генерал выслушав Ростова серьезно покачал головой.
– Жалко, жалко молодца; давай письмо.
Едва Ростов успел передать письмо и рассказать всё дело Денисова, как с лестницы застучали быстрые шаги со шпорами и генерал, отойдя от него, подвинулся к крыльцу. Господа свиты государя сбежали с лестницы и пошли к лошадям. Берейтор Эне, тот самый, который был в Аустерлице, подвел лошадь государя, и на лестнице послышался легкий скрип шагов, которые сейчас узнал Ростов. Забыв опасность быть узнанным, Ростов подвинулся с несколькими любопытными из жителей к самому крыльцу и опять, после двух лет, он увидал те же обожаемые им черты, то же лицо, тот же взгляд, ту же походку, то же соединение величия и кротости… И чувство восторга и любви к государю с прежнею силою воскресло в душе Ростова. Государь в Преображенском мундире, в белых лосинах и высоких ботфортах, с звездой, которую не знал Ростов (это была legion d"honneur) [звезда почетного легиона] вышел на крыльцо, держа шляпу под рукой и надевая перчатку. Он остановился, оглядываясь и всё освещая вокруг себя своим взглядом. Кое кому из генералов он сказал несколько слов. Он узнал тоже бывшего начальника дивизии Ростова, улыбнулся ему и подозвал его к себе.
Вся свита отступила, и Ростов видел, как генерал этот что то довольно долго говорил государю.
Государь сказал ему несколько слов и сделал шаг, чтобы подойти к лошади. Опять толпа свиты и толпа улицы, в которой был Ростов, придвинулись к государю. Остановившись у лошади и взявшись рукою за седло, государь обратился к кавалерийскому генералу и сказал громко, очевидно с желанием, чтобы все слышали его.
– Не могу, генерал, и потому не могу, что закон сильнее меня, – сказал государь и занес ногу в стремя. Генерал почтительно наклонил голову, государь сел и поехал галопом по улице. Ростов, не помня себя от восторга, с толпою побежал за ним.
На площади куда поехал государь, стояли лицом к лицу справа батальон преображенцев, слева батальон французской гвардии в медвежьих шапках.
В то время как государь подъезжал к одному флангу баталионов, сделавших на караул, к противоположному флангу подскакивала другая толпа всадников и впереди их Ростов узнал Наполеона. Это не мог быть никто другой. Он ехал галопом в маленькой шляпе, с Андреевской лентой через плечо, в раскрытом над белым камзолом синем мундире, на необыкновенно породистой арабской серой лошади, на малиновом, золотом шитом, чепраке. Подъехав к Александру, он приподнял шляпу и при этом движении кавалерийский глаз Ростова не мог не заметить, что Наполеон дурно и не твердо сидел на лошади. Батальоны закричали: Ура и Vive l"Empereur! [Да здравствует Император!] Наполеон что то сказал Александру. Оба императора слезли с лошадей и взяли друг друга за руки. На лице Наполеона была неприятно притворная улыбка. Александр с ласковым выражением что то говорил ему.
Ростов не спуская глаз, несмотря на топтание лошадьми французских жандармов, осаживавших толпу, следил за каждым движением императора Александра и Бонапарте. Его, как неожиданность, поразило то, что Александр держал себя как равный с Бонапарте, и что Бонапарте совершенно свободно, как будто эта близость с государем естественна и привычна ему, как равный, обращался с русским царем.
Александр и Наполеон с длинным хвостом свиты подошли к правому флангу Преображенского батальона, прямо на толпу, которая стояла тут. Толпа очутилась неожиданно так близко к императорам, что Ростову, стоявшему в передних рядах ее, стало страшно, как бы его не узнали.
– Sire, je vous demande la permission de donner la legion d"honneur au plus brave de vos soldats, [Государь, я прошу у вас позволенья дать орден Почетного легиона храбрейшему из ваших солдат,] – сказал резкий, точный голос, договаривающий каждую букву. Это говорил малый ростом Бонапарте, снизу прямо глядя в глаза Александру. Александр внимательно слушал то, что ему говорили, и наклонив голову, приятно улыбнулся.
– A celui qui s"est le plus vaillament conduit dans cette derieniere guerre, [Тому, кто храбрее всех показал себя во время войны,] – прибавил Наполеон, отчеканивая каждый слог, с возмутительным для Ростова спокойствием и уверенностью оглядывая ряды русских, вытянувшихся перед ним солдат, всё держащих на караул и неподвижно глядящих в лицо своего императора.
