shadow

Материя. Часть 1, Для гуманитариев и офисных работников


shadow

0. Мы снова приветствуем всех любознательных гуманитариев в нашей скромной теме экстремального ликбеза. Последние посты и их обсуждение показали, что российская наука готовится к серьезному прорыву в физике, так как чуть ли не каждый двоечник этой страны способен рассуждать на тему квантовой гравитации. То ли еще будет после наших познавательных тем, восполняющих у населения пробелы научной картины мира.
Сегодня мы решили напомнить научному сообществу ЯПа о том, что современная наука знает о материи.

3232301[1]

1. Итак, начнем с того, что все знают. Окружающий нас мир состоит из атомов. Понятные повседневному опыту материальные объекты, видимые даже в микроскоп (правда, электронный). Одно время считалось, что атомы это мельчайшая неделимая частица. Причем, идею выдвинули аж древние греки, но потом с приходом римлян, а следом и христиан, как-то стало не до вопросов о составе материи. И только в 1789 году некий Антуан Лавуазье вернулся к крамольным мыслишкам об атомах.

На картинке фотография атомов кремния, сделанная с помощью сверхвысоковакуумного сканирующего туннельного микроскопа

3232303[1]

 

2. Мир был бы прост и замечателен, если бы атом был мельчайшей деталькой всего сущего. Но в 1897 году Томсон все испортил, когда с помощью хитрого опыта открыл электрон, и решил, что атом – это смесь отрицательно и положительно заряженных частиц (как булка с изюмом).

Но предположение Томсона долго не прожило, потому что в 1909 году Эрнесту Резерфорду вздумалось пострелять альфа-частицами по тяжелым атомам (а точнее по кусочку тоненькой золотой фольги).
Внезапно некоторые альфа-частицы не проходили сквозь фольгу, а иногда отскакивали от нее. Резерфорд обнаружил, что в центре атома есть что-то такое крупное, что отбивает альфа-частицы.

Да, альфа-частицы возникают при радиации и представляют собой два нейтрона и два протона (они же ядро атома гелия). Они являются наиболее безопасным излучением при радиации.

3232305[1]

 

3. Итак, научному миру открылась ужасающая картина. Атом представляет собой ядро, вокруг которого по некоторым орбитам летают электроны.
Давайте осознаем масштабы бедствия. Размер ядра атома таков, что если расстояния в атоме перенести на макрообъекты, то атом, будет, скажем, с земной шар, а ядро атома – ваш домик в деревне. Представьте, сколько пустоты внутри атома и ужаснитесь.

Еще один факт: масса ядра составляет более 99.9% массы атома. То есть электроны почти ничего не весят. В человеке весом около 68 кг масса всех его триллионов электронов составит всего 14 граммов.

Так что, когда художники вот так рисуют атом, то они заблуждаются в размерах более чем полностью.

3232308[1]

 

4. Как только ученые открыли все эти орбиты и ядра, прогрессивная общественность сразу решила, что атом похож на Вселенную с ее солнечными системами. Мол, ядро это Солнце, а электроны — это планеты, которые вращаются вокруг «солнца». Один японец даже попытался рассчитать, как это должно было бы выглядеть по аналогии с кольцами Сатурна.

Но, во-первых, электроны вращались вокруг ядра не из-за гравитационных сил (а вследствие другого вида взаимодействия – электромагнитного). Во-вторых, электроны почему-то не теряли энергию и не падали на ядро. В-третьих, как потом оказалось, электроны вообще и не частицы как таковые (квантовая физика).
В общем, планетарная модель атома провалилась. Но до сих пор, спустя более чем сто лет, находятся отнюдь не домохозяйки, задающие вопрос, а что если атомы это маленькие вселенные?

3232310[1]

 

5. Теперь мы немного расскажем про электрон (хотя о нем можно рассказывать ооочень долго).
На сегодняшний день выясняется, что электрон – неделимая частица. Всё! — разбить его не на что!

Поэтому электрон относят к лептонам. Это такой класс неделимых частиц (в него кроме электрона входят еще мюоны и нейтрино, которые не стабильны и живут миллионные доли секунды).

Электрон имеет отрицательный заряд, имеет очень маленькую массу по сравнению с атомом, и количество электронов в атоме определяет химические свойства вещества. И да, он ответственен за существование электрического тока.
Считалось, что электроны в атоме летают по разным орбитам, удаленным от ядра на разные расстояния.

3232311[1]

 

6. И все было бы прекрасно, если бы в начале XX века некоторые особо упорные физики, которым не нравилась пара несущественных проблем, связанных с классической картиной устройства атома, не решили бы докопаться до сущности этих проблем. И они дооткрывались до того, что все стало еще хуже. Собственно, так появилась квантовая физика.

Во-первых, оказалось, что электрон летает строго по определенным траекториям (вернее, по орбиталям, но что это такое мы тут не будем рассказывать). И переходит с одного уровня на другой при помощи телепортации. То есть представьте, летает спутник вокруг нашей планеты на высоте 36 тыс километров. Потом, раз, и он уже на высоте 38 тыс. км без всякого видимого перемещения. Такого в нашем мире быть не может, а в мире квантовых явлений – запросто.

3232314[1]

 

7. Во-вторых, выяснилось, что электрон даже и не частица, а волна. И вообще он не летает вокруг ядра, а находится в каждой точке орбитали одновременно, если за ним не наблюдать. Но как только начинаешь опытным путем выяснять, где он находится, то он внезапно из волны превращается в частицу, типа, вот он я.

Если опять проводить грубую аналогию со спутником, то представьте, что вы запустили спутник и никакими расчетами не можете обнаружить, над какой точкой планеты он сейчас летает. Вернее, вы считаете по классическим формулам, но там спутника почему-то нет. А какой-то сумасшедший гений показывает вам формулы и говорит, что на самом деле спутник находится в каждой точке на орбите. Однако только по этим специальным формулам можно рассчитать места, где спутник окажется с наибольшей вероятностью (большего не просите), и пальнуть туда из пушки. Глупость какая-то, скажете вы. В нашем мире – да, а в квантовом – обычное дело.

3232316[1],,8. Но мы увлеклись квантовыми парадоксами. Оставим электрон «в покое» и вернемся к материи. У нас еще ядро атома не разобрано.
Если присмотреться к ядру атома пристальнее (этим занимается у нас ядерная физика), то мы увидим, что ядро состоит из двух типов деталек. Протонов и нейтронов. Обе частицы тяжелые, но нейтрон чуть-чуть тяжелее.

Протон имеет положительный заряд и вместе с отрицательным зарядом электрона делает атом электрически нейтральным (если же электронов в атоме меньше, чем положено, то атом приобретает заряд и его все называют ионом).

Нейтрон не имеет заряда и вне ядра атома живет очень не долго, минут десять, примерно, а потом взрывается, разваливается на протон, электрон и электронное нейтрино. При этом ошибочно считать, что нейтрон состоит из этих частей. Он просто на них разваливается.

3232318[1]

 

9. Вообще, если хорошенечко разогнать протон и столкнуть его с другим протоном, то столкнувшиеся частицы разобьются на кучу разных частиц, которые живут, как правило, миллионные доли секунды, а то и меньше. Причем виды частиц, на которые развалится протон, зависят от энергии столкновения. А осколки в свою очередь через некоторое время еще на что-нибудь развалятся. Всяких разных частиц на сегодняшний день открыто более 350 штук.

Названия у них одно непонятнее другого, например: мезоны, пионы, каоны, позитроны, мюоны, тау-лептоны, а также античастицы с таким же названием, но приставкой «анти-» и т.д.

Античастицы имеют ту же массу, что и обычные частицы (и тот же спин – не спрашивайте, что это такое), но другие противоположные характеристики, вроде заряда или квантовых чисел).

Собственно, в этих ваших коллайдерах занимаются краш-тестами частиц. Разгоняют, те же протоны и сталкивают, а потом смотрят следы, которые оставили осколки. По этим следам (длина пути, траектория следа и т.п.) вычисляют массу открытой частицы, ее заряд и прочие данные.

На фото – кусочек коллайдера.

3232321[1]

 

10. Как мы уже сказали, то что протоны и нейтроны разваливаются на кусочки еще на значит, что они из них состоят.
Долго время считалось, что протоны и нейтроны это цельные частицы. Но в 70-х годах ученые повторили опыт , чем-то похожий на опыт Резерфорда, но вместо атома были протоны, а вместо альфа-частиц были электроны.

И выяснилось, что рассеивание электронов на протонах и нейтронах немного не такое, как ожидалось. Это и еще ряд трудно объяснимых явлений дало повод ученым заявить, что ядерные частицы состоят из чего-то еще.

Этому «чему-то еще» дали название «кварки». Поясню еще раз: никто этих кварков не видел, не регистрировал, но косвенные эксперименты, а самое главное, расчеты, показывают, что протоны и нейтроны состоят из кварков Причем каждая частица состоит сразу из трех кварков, которые взаимосвязаны между собой и соответственно существуют только группами. Одиночный кварк, в принципе, не может существовать вне частицы. Из кварков состоят и другие частицы материи (кроме лептонов). Всего ученые открыли (или, можно сказать, навычисляли) 6 видов кварков, соотнесенные к трем поколениям. Хитроумных названий этим кваркам придумать не смогли, поэтому кто-то прикололся и назвал кварки вот так:

3232322[1]

 

11. Так что, все составные частицы в нашем мире это комбинации кварков. Можно спросить, но почему ученые, не видя этих кварков, считают их реальными фундаментальными частицами?

Во-первых, если предположить, что кварки существуют, то все многообразие частиц хорошо классифицируется и укладывается в так называемую Стандартную модель.
Во-вторых, на основе кварков можно предсказать, какие частицы еще не открыты. И действительно, ожидаемые частицы рано или поздно находятся, причем с предсказанными параметрами.
В-третьих, экспериментально удавалось вырвать кварк из протона, но получался не сам кварк, а некий очень интересный эффект, предсказанный теорией кварков и названный струей.

Причин считать кварки реальными гораздо больше, но они сложноваты для нашего праздного объяснения. Ну, и самый главный аргумент, которым всегда руководствуется наука: на сегодняшний день более удачно объяснить строение материи нечем.

На картинке схемы частиц, сложенных из кварков.

3232325[1]

 

12. Ну и наконец, предел физики материи.
Стандартная модель все равно имеет множество темных мест, которые не объяснишь тем, что кварки и лептоны это окончательная форма материи, меньше которой ничего нет.
Поэтому физики с наиболее развитой фантазией пытаются предугадать еще более мелкие частички материи. Именно что предугадать и математически рассчитать их поведение.

На сегодняшний день есть несколько более менее перспективных теорий, которые делят материю дальше.

Самая известная – это теория струн (и ее развитие в теории суперструн и М-теории) . Некоторые чудеса материи неплохо объясняются, если представить, что все, что нас окружает на самом микроскопическом уровне представляет собой одномерную струна, которая колеблется в девятимерном пространстве. И частота колебания струны (звук, по нашему) и определяет свойства каждой фундаментальной частицы – кварка или лептона.

Доказать наличие струн на сегодняшний день невозможно, да и теоретические расчеты настолько сложны (все-таки девятимерные пространства, включая время), что столько математики осилит не каждый мегамозг. В теории суперструн количество измерений доведено до 11, а в М-теории предполагается, что колеблется не струна, а двухмерная пленочка (брана, как ее называют физики-теоретики).

3232328[1]

 

13. На этом краткий экскурс в материю у нас заканчивается. Можете пинать за неточность изложения и обещать открыть глаза на правильную физику. Мы с интересом будем следить за дискуссией.

Вы, наверное, заметили, что тема названа «Часть 1». Дело в том, что разглядывая материю, мы рассмотрели только ту ее часть, которая, скажем так, вещественна. А есть еще одна форма метрии, которую пощупать нельзя. Это то, что мы называем полем или энергией (да-да, те самые фотоны, гравитоны и бозоны Хиггса). Об этом мы попробуем рассказать во второй части, если рейтинги наших статей по-прежнему останутся мотивирующими.

Спасибо за внимание. Написано по заказу ЗОГа, атеистического лобби и прочих завидующих духовным скрепам в этой стране.

3232335[1]

Источник

0

Новости партнёров:

shadow
shadow

Комментарии

  1. Свет    

    Электрон «находится в каждой точке орбитали одновременно, если за ним не наблюдать. Но как только начинаешь опытным путем выяснять, где он находится, то он внезапно из волны превращается в частицу, типа, вот он я». <—- ахахахахахах порадовало. Чего только академики не напридумывают, чтобы людей от правды увести. Спасибо, что без Эйнштейна обошлись. А если сюда добавить предлагаемый факт о возможности существования двух электронов на одной орбитали, то получается вовсе эпическая чепуха.

    Чисто визуально академически это должно выглядеть так: электрон превращается во вращающееся кольцо вокруг ядра. Но при добавлении второго электрона на эту орбиталь возникает парадокс мурЫ: сплошное кольцо в сплошном кольце да еще и вращающиеся относительно друг друга и ядра.

    Также не выдерживает критики термин "телепортация" по отношению к электрону. А введен он из-за одной единственной загвоздки — из-за бредового постулата Эйнштейна 1+1=1 (о константе скорости света "с"). Но в реальности скорость света и вообще скорость сама по себе не имеет пределов, поэтому электроны не телепортируются, а просто быстро перемещаются мгновенно или почти мгновенно с одной орбитали на другую. Наши приборы либо не способны определить скорость этого перемещения, либо эти величины скрыты от обывателей академической наукой.

    На самом деле, если бы не бред Эйнштейна с его антинаучной теорией и антинаучными постулатами, то физикам жилось бы намного легче и понятнее. И тогда академикам не пришлось бы ломать голову и поддерживать принципы неопределенности Гейзенберга, которые испили столько кровушки у простых работяг науки.

    Благодарю за лаконичную и очень точную демонстрацию академической картины физического мира! Это принесет большую пользу, позволив людям развенчать собственные мифы о всезнании науки и непоколебимости её путей понимания азов мироздания. Пусть люди воочию лицезрят масштаб надувательства академиками и причины, по которым наука топчется практически на месте целый век.

    0
    1. Malett    

      +100.
      Я тоже хотел здесь пост написать, но времени просто не нашёл.

      Из статьи наглядно видно, какую ахинею демонстрирует официальная наука. А уж «гипер струны» — с этой темой академикам надо в камеди клаб выступать. — Так, по крайней мере, они хотя бы свою зарплату оправдают.

      0
  2. Andrey Markin    

    мир полон бреда и лишь человеку безумному представляется возможность привнести новый образ, ибо человек Умный занят своим умом и не более))) ….ребята я с Вами в полном согласии дурят незаинтересованных

    0

Добавить комментарий

Войти без регистрации: