העולם הזה מוזר: יש אנשים ששואפים ליצור משהו מונומנטלי וענק כדי להתפרסם בכל העולם ולהיכנס להיסטוריה, בעוד שאחרים יוצרים עותקים מינימליסטיים של דברים רגילים ומדהימים איתם את העולם לא פחות. סקירה זו מכילה את החפצים הקטנים ביותר שקיימים בעולם ויחד עם זאת הם פונקציונליים לא פחות מעמיתיהם בגודל מלא.

1. אקדח SwissMiniGun

ה-SwissMiniGun אינו גדול ממפתח ברגים רגיל, אך הוא מסוגל לירות כדורים זעירים שעפים מהקנה במהירויות העולה על 430 קמ"ש. זה די והותר כדי להרוג אדם מטווח קצר.

2. לקלף מכונית 50

במשקל 69 ק"ג בלבד, ה-Peel 50 היא המכונית הקטנה ביותר שאושרה אי פעם לשימוש בכביש. Pepelats תלת גלגלי זה יכול להגיע למהירות של 16 קמ"ש.

3. בית ספר קאלו

אונסק"ו הכיר בבית הספר קאלו של איראן כקטן בעולם. יש רק 3 תלמידים והחייל לשעבר עבדול-מוחמד שראני, שעובד כיום כמורה.

4. קומקום במשקל 1.4 גרם

הוא נוצר על ידי מאסטר הקרמיקה Wu Ruishen. למרות שהקומקום הזה שוקל רק 1.4 גרם ומתאים על קצה האצבע, אתה יכול לחלוט בו תה.

5. כלא סארק

כלא סרק נבנה באיי התעלה בשנת 1856. היה מקום ל-2 אסירים בלבד, שהיו בתנאי צר מאוד.

6. Tumbleweed

הבית הזה נקרא "שדה פרקאטי" (עשב עשב). הוא נבנה על ידי ג'יי שפר מסן פרנסיסקו. הבית אמנם קטן יותר מהארונות של חלק מהאנשים (זה רק 9 מ"ר), אבל יש בו חלל עבודה, חדר שינה ואמבטיה עם מקלחת ושירותים.

7. פארק מילס אנד

פארק מילס אנד בפורטלנד הוא הפארק הקטן ביותר בעולם. הקוטר שלו הוא רק... 60 סנטימטר. במקביל יש בפארק בריכת שחייה לפרפרים, גלגל ענק מיניאטורי ופסלים זעירים.

8. אדוארד ניניו הרננדז

גובהו של אדוארד ניניו הרננדז מקולומביה 68 סנטימטרים בלבד. ספר השיאים של גינס זיהה אותו כאדם הקטן ביותר בעולם.

9. תחנת משטרה בתא טלפון

בעצם, זה לא גדול יותר מתא טלפון. אבל זו הייתה למעשה תחנת משטרה פעילה בקרבלה, פלורידה.

10. פסלים מאת וילארד ויגן

הפסל הבריטי וילארד ויגן, שסבל מדיסלקציה וביצועים גרועים בבית הספר, מצא נחמה ביצירת יצירות אמנות מיניאטוריות. הפסלים שלו בקושי נראים לעין בלתי מזוינת.

11. חיידק Mycoplasma Genitalium

12. סירקובירוס חזירי

למרות שעדיין יש ויכוח לגבי מה נחשב "חי" ומה לא, רוב הביולוגים אינם מסווגים את הנגיף כאורגניזם חי בשל העובדה שהוא לא יכול להתרבות או שאין לו חילוף חומרים. נגיף, לעומת זאת, יכול להיות קטן בהרבה מכל אורגניזם חי, כולל חיידקים. הקטן ביותר הוא נגיף DNA חד-גדילי הנקרא סירקובירוס חזירי. גודלו 17 ננומטר בלבד.

13. אמבה

העצם הקטן ביותר הנראה לעין בלתי מזוינת הוא בגודל של כמילימטר אחד. זה אומר שבתנאים מסוימים אדם יכול לראות אמבה, נעלי בית ואפילו ביצה אנושית.

14. קווארקים, לפטונים ואנטי חומר...

במהלך המאה האחרונה, מדענים עשו צעדים גדולים בהבנת מרחבי החלל ו"אבני הבניין" המיקרוסקופיות המרכיבות אותו. כשזה הגיע להבין מהו החלקיק הנצפה הקטן ביותר ביקום, אנשים נתקלו בכמה קשיים. בשלב מסוים חשבו שזה אטום. מדענים גילו אז פרוטון, נויטרון ואלקטרון.

אבל זה לא נגמר שם. היום, כולם יודעים שכאשר אתה מרסק את החלקיקים האלה זה לזה במקומות כמו מאיץ ההדרונים הגדול, הם יכולים להתפרק לחלקיקים קטנים עוד יותר כמו קווארקים, לפטונים ואפילו אנטי-חומר. הבעיה היא שאי אפשר לקבוע מה הקטן ביותר, שכן הגודל הופך ללא רלוונטי ברמה הקוונטית, וכל הכללים הרגילים של הפיזיקה אינם חלים (לחלקיקים מסוימים אין מסה, בעוד שלאחרים יש אפילו מסה שלילית).

15. מחרוזות רטט של חלקיקים תת-אטומיים

בהתחשב במה שנאמר לעיל בנוגע למושג של גודל אין משמעות ברמה הקוונטית, אפשר לחשוב על תורת המיתרים. זוהי תיאוריה מעט שנויה במחלוקת המציעה שכל החלקיקים התת-אטומיים עשויים ממיתרים רוטטים המקיימים אינטראקציה כדי ליצור דברים כמו מסה ואנרגיה. לפיכך, מכיוון שלמחרוזות הללו מבחינה טכנית אין גודל פיזי, ניתן לטעון שהם במובן מסוים האובייקטים ה"קטנים" ביותר ביקום.

מה אנחנו יודעים על חלקיקים קטנים מאטום? ומהו החלקיק הקטן ביותר ביקום?

העולם סביבנו...מי מאיתנו לא התפעל מיופיו הקסום? שמי הלילה חסרי התחתית שלו, זרועים מיליארדי כוכבים מסתוריים מנצנצים וחמימות אור השמש העדין שלו. שדות ויערות אזמרגד, נהרות סוערים ומרחבי ים עצומים. פסגות נוצצות של הרים מלכותיים וכרי דשא אלפיניים שופעים. טל בוקר וטריל זמיר עם עלות השחר. שושנה ריחנית וממול שקט של נחל. שקיעה יוקדת ורשרוש עדין של חורשת ליבנה...

האם אפשר לחשוב על משהו יותר יפה מהעולם שסביבנו?! יותר חזק ומרשים? ויחד עם זאת, שביר ורך יותר? כל זה הוא העולם שבו אנחנו נושמים, אוהבים, שמחים, שמחים, סובלים ועצובים... כל זה הוא העולם שלנו. העולם שבו אנחנו חיים, שאנחנו מרגישים, שאנחנו רואים ושאנחנו לפחות איכשהו מבינים.

עם זאת, זה הרבה יותר מגוון ומורכב ממה שזה נראה במבט ראשון. אנו יודעים שכרי דשא שופעים לא היו מופיעים ללא המהומה הפנטסטית של ריקוד אינסופי של להבי דשא ירוקים גמישים, עצים שופעים לבושים בגלימת אזמרגד - ללא הרבה מאוד עלים על ענפיהם, וחופים זהובים - ללא גרגרים נוצצים רבים של חול מתכווץ תחת רגליים יחפות בקרני השמש העדינות. הגדול תמיד מורכב מהקטן. קטן - מקטן עוד יותר. וכנראה שאין גבול לרצף הזה.

לכן, להבי דשא וגרגרי חול, בתורם, מורכבים ממולקולות שנוצרות מאטומים. אטומים, כידוע, מכילים חלקיקים אלמנטריים – אלקטרונים, פרוטונים וניוטרונים. אבל הם גם לא נחשבים לסמכות הסופית. המדע המודרני טוען שהפרוטונים והנייטרונים, למשל, מורכבים מחבורות אנרגיה היפותטיות - קווארקים. יש הנחה שיש חלקיק קטן עוד יותר - פריאון, עדיין בלתי נראה, לא ידוע, אבל מונחה.

עולם המולקולות, האטומים, האלקטרונים, הפרוטונים, הנייטרונים, הפוטונים וכו'. נקרא בדרך כלל מִיקרוֹקוֹסמוֹס. הוא הבסיס תֵבֵל- העולם האנושי והכמויות המתאימים לו על הפלנטה שלנו ו megaworld- עולם הכוכבים, הגלקסיות, היקום והחלל. כל העולמות הללו קשורים זה בזה ואינם קיימים אחד בלי השני.

את עולם המגה כבר הכרנו בדיווח על המשלחת הראשונה שלנו "נשימת היקום. מסע ראשון"וכבר יש לנו רעיון על גלקסיות רחוקות והיקום. באותו מסע מסוכן, גילינו את עולם החומר האפל והאנרגיה האפלה, צלחנו לעומקם של חורים שחורים, הגענו לפסגות של קוואזרים מבריקים, ונמלטנו בנס מהמפץ הגדול ולא פחות מהקראנץ' הגדול. היקום הופיע לפנינו במלוא יופיו והדרתו. במהלך המסע שלנו, הבנו שכוכבים וגלקסיות לא הופיעו מעצמם, אלא נוצרו בעמל רב, במשך מיליארדי שנים, מחלקיקים ואטומים.

חלקיקים ואטומים הם המרכיבים את העולם כולו סביבנו. הם, באינספור השילובים והמגוונים שלהם, יכולים להופיע בפנינו, בצורת ורד הולנדי יפהפה, או בצורת ערימה קשה של סלעים טיבטיים. כל מה שאנו רואים מורכב מנציגים מסתוריים אלה של המסתוריים מיקרו-עולם.למה "מסתורי" ולמה "מסתורי"? כי האנושות, למרבה הצער, עדיין יודעת מעט מאוד על העולם הזה ועל נציגיו.

אי אפשר לדמיין את המדע המודרני על המיקרוקוסמוס מבלי להזכיר את האלקטרון, הפרוטון או הנייטרון. בכל חומר עזר על פיזיקה או כימיה, נמצא את המסה שלהם מדויקת עד למקום העשרוני התשיעי, המטען החשמלי, משך החיים וכו'. לדוגמה, לפי ספרי עיון אלה, לאלקטרון יש מסה של 9.10938291(40) x 10 -31 ק"ג, מטען חשמלי של מינוס 1.602176565(35) x 10 -19 C, חיים של אינסוף או לפחות 4.6 x 10 26 שנים (ויקיפדיה).

הדיוק בקביעת הפרמטרים של האלקטרון מרשים, וגאווה בהישגיה המדעיים של הציוויליזציה ממלאת את ליבנו! נכון, במקביל מתגנבות כמה ספקות, שלא משנה כמה אתה מנסה, אתה לא ממש מצליח להיפטר מהם. קביעת המסה של אלקטרון השווה למיליארד - מיליארד - מיליארדית הקילוגרם, ואפילו שקלילתה לנקודה העשרונית התשיעית, היא, אני מאמין, עניין לא קל בכלל, בדיוק כמו מדידת חייו של אלקטרון ב-4,600,000,000,000,000,000,000,000 000 שנים.

יתר על כן, אף אחד מעולם לא ראה את האלקטרון הזה. המיקרוסקופים המודרניים ביותר מאפשרים לראות רק את ענן האלקטרונים סביב גרעין האטום, שבתוכו, כפי שמדענים מאמינים, האלקטרון נע במהירות עצומה (איור 1). אנחנו עדיין לא יודעים בדיוק את גודל האלקטרון, לא את צורתו, ולא את מהירות הסיבוב שלו. במציאות, אנחנו יודעים מעט מאוד על האלקטרון, כמו גם על הפרוטון והנייטרון. אנחנו יכולים רק לשער ולנחש. למרבה הצער, היום זה כל מה שאנחנו יכולים לעשות.

אוֹרֶז. 1. תצלום של ענני אלקטרונים שצולמו על ידי פיזיקאים במכון חרקוב לפיזיקה וטכנולוגיה בספטמבר 2009

אבל אלקטרון או פרוטון הם החלקיקים היסודיים הקטנים ביותר המרכיבים אטום של כל חומר. ואם האמצעים הטכניים שלנו לחקור את עולם המיקרו עדיין לא יאפשרו לנו לראות חלקיקים ואטומים, אולי נתחיל במשהו אחר O גדול וידוע יותר? למשל, ממולקולה! הוא מורכב מאטומים. מולקולה היא אובייקט גדול ומובן יותר, שסביר שייחקר יותר לעומק.

לצערי, אני נאלץ לאכזב אותך שוב. מולקולות מובנות לנו רק על הנייר בצורה של נוסחאות מופשטות וציורים של המבנה המשוער שלהן. אנחנו גם לא יכולים עדיין לקבל תמונה ברורה של מולקולה עם קשרים בולטים בין אטומים.

באוגוסט 2009, באמצעות טכנולוגיית מיקרוסקופיה של כוח אטומי, חוקרים אירופאים הצליחו לראשונה לדמיין את המבנה של מולקולת פנטאצן גדולה למדי (C 22 H 14). הטכנולוגיה המודרנית ביותר אפשרה להבחין רק בחמש טבעות הקובעות את מבנה הפחמימן הזה, כמו גם כתמים של אטומי פחמן ומימן בודדים (איור 2). וזה כל מה שאנחנו יכולים לעשות בינתיים...

אוֹרֶז. 2. ייצוג מבני של מולקולת הפנטאצן (למעלה)

והתמונה שלה (למטה)

מצד אחד, התצלומים שהתקבלו מאפשרים לנו לקבוע שהדרך שנבחרה על ידי מדענים כימאים, המתארת ​​את ההרכב והמבנה של מולקולות, אינה נתונה עוד לספק, אבל מצד שני, אנחנו יכולים רק לנחש לגבי

איך בכל זאת מתרחש חיבור של אטומים במולקולה וחלקיקים יסודיים באטום? מדוע הקשרים האטומיים והמולקולריים הללו יציבים? איך הם נוצרים, אילו כוחות תומכים בהם? איך נראים אלקטרון, פרוטון או נויטרון? מה המבנה שלהם? מהו גרעין אטום? איך פרוטון ונייטרון מתקיימים יחד באותו מרחב ומדוע הם דוחים אלקטרון ממנו?

יש הרבה שאלות מהסוג הזה. גם תשובות. נכון, תשובות רבות מבוססות רק על הנחות שמעוררות שאלות חדשות.

הניסיונות הראשונים שלי לחדור אל סודות העולם המיקרו נתקלו בהצגה שטחית למדי של המדע המודרני של ידע בסיסי רב על מבנה העצמים בעולם המיקרו, עקרונות תפקודם, מערכות הקשרים ההדדיים והיחסים ביניהם. התברר שהאנושות עדיין לא מבינה בבירור כיצד בנוי גרעין האטום והחלקיקים המרכיבים אותו - אלקטרונים, פרוטונים וניטרונים. יש לנו רק מושג כללי על מה שקורה בפועל במהלך הביקוע של גרעין האטום, אילו אירועים יכולים להתרחש במהלך הארוך של תהליך זה.

חקר התגובות הגרעיניות הוגבל להתבוננות בתהליכים ולביסוס קשרי סיבה ותוצאה מסוימים שנגזרו בניסוי. חוקרים למדו לקבוע רק הִתְנַהֲגוּתשל חלקיקים מסוימים תחת השפעה כזו או אחרת. זהו! בלי להבין את המבנה שלהם, בלי לחשוף את מנגנוני האינטראקציה! רק התנהגות! בהתבסס על התנהגות זו, נקבעו התלות של פרמטרים מסוימים, ועבור חשיבות רבה יותר, הנתונים הניסויים הללו הוכנסו לנוסחאות מתמטיות רב-רמות. זו כל התיאוריה!

למרבה הצער, זה הספיק כדי להתחיל באומץ בבניית תחנות כוח גרעיניות, מאיצים שונים, מתנגשים ויצירת פצצות גרעיניות. לאחר שקיבלה ידע ראשוני על תהליכים גרעיניים, האנושות נכנסה מיד למרוץ חסר תקדים אחר החזקת אנרגיה חזקה בשליטתה.

מספר המדינות החמושות בפוטנציאל גרעיני גדל בצעדי ענק. טילים גרעיניים במספרים עצומים הציצו במבט מאיים לעבר שכניהם הלא ידידותיים. החלו להופיע תחנות כוח גרעיניות, המייצרות ללא הרף אנרגיה חשמלית זולה. סכומי כסף עצומים הוצאו על פיתוח גרעיני של עוד ועוד עיצובים חדשים. המדע, שניסה להסתכל לתוך גרעין האטום, בנה באינטנסיביות מאיצי חלקיקים אולטרה-מודרניים.

אולם החומר לא הגיע למבנה האטום ולגרעין שלו. התשוקה לחיפוש אחר עוד ועוד חלקיקים חדשים והמרדף אחר מלכות נובל דחקה לרקע מחקר מעמיק של מבנה גרעין האטום והחלקיקים הכלולים בו.

אבל ידע שטחי על תהליכים גרעיניים התבטא באופן שלילי מיד במהלך פעולתם של כורים גרעיניים ועורר התרחשות של תגובות שרשרת גרעיניות ספונטניות במספר מצבים.

רשימה זו מציגה את התאריכים והמיקומים של תגובות גרעיניות ספונטניות:

21/08/1945. ארה"ב, המעבדה הלאומית של לוס אלמוס.

21.05.1946. ארה"ב, המעבדה הלאומית של לוס אלמוס.

15/03/1953. ברית המועצות, Chelyabinsk-65, הרשות הפלסטינית "Mayak".

21/04/1953. ברית המועצות, Chelyabinsk-65, הרשות הפלסטינית "Mayak".

16/06/1958. ארה"ב, Oak Ridge, Radiochemical Plant Y-12.

15.10.1958. יוגוסלביה, מכון B. Kidrich.

30/12/1958. ארה"ב, המעבדה הלאומית של לוס אלמוס.

01/03/1963. ברית המועצות, Tomsk-7, מפעל כימי סיבירי.

23/07/1964. ארה"ב, Woodreaver, מפעל רדיוכימי.

30/12/1965 בלגיה, מול.

03/05/1968. ברית המועצות, צ'ליאבינסק-70, VNIITF.

12/10/1968. ברית המועצות, Chelyabinsk-65, הרשות הפלסטינית "Mayak".

26/05/1971. ברית המועצות, מוסקבה, המכון לאנרגיה אטומית.

13/12/1978. ברית המועצות, Tomsk-7, מפעל כימי סיבירי.

23/09/1983. ארגנטינה, כור RA-2.

15/05/1997. רוסיה, נובוסיבירסק, מפעל תרכיזים כימיים.

17/06/1997. רוסיה, סרוב, VNIIEF.

30/09/1999. יפן, טוקאימורה, מפעל דלק גרעיני.

לרשימה זו יש צורך להוסיף תאונות רבות עם נושאות אוויר ותת-מימיות של נשק גרעיני, תקריות במפעלי מחזור דלק גרעיני, מצבי חירום בתחנות כוח גרעיניות, מצבי חירום במהלך ניסויים של פצצות גרעיניות ותרמו-גרעיניות. הטרגדיות של צ'רנוביל ופוקושימה יישארו לנצח בזיכרון שלנו. אלפי אנשים מתו באסונות ובמצבי חירום אלו. וזה גורם לך לחשוב ברצינות רבה.

רק המחשבה על הפעלת תחנות כוח גרעיניות, שיכולות להפוך את העולם כולו לאזור רדיואקטיבי מתמשך, מפחידה. למרבה הצער, הפחדים הללו מבוססים היטב. קודם כל, העובדה היוצרים של כורים גרעיניים בעבודתם לא השתמש בידע בסיסי, אלא בהצהרה על תלות מתמטית מסויימת והתנהגות של חלקיקים, שעל בסיסם נבנה מבנה גרעיני מסוכן. עבור מדענים, תגובות גרעיניות הן עדיין מעין "קופסה שחורה" שפועלת, בתנאי שמתמלאות פעולות ודרישות מסוימות.

עם זאת, אם מתחיל לקרות משהו ב"קופסה" הזו וה"משהו" הזה לא מתואר בהוראות וחורג מתחום הידע הנרכש, אז אנחנו, מלבד הגבורה והעבודה הלא אינטלקטואלית שלנו, לא יכולים להתנגד לשום דבר. לאסון הגרעיני המתגלגל. המוני אנשים נאלצים פשוט להמתין בענווה לסכנה הממשמשת ובאה, להתכונן להשלכות איומות ובלתי מובנות, לעבור למרחק בטוח, לדעתם. מומחי גרעין ברוב המקרים פשוט מושכים בכתפיים, מתפללים ומחכים לעזרה מכוחות עליונים.

מדעני גרעין יפנים, חמושים בטכנולוגיה המודרנית ביותר, עדיין לא יכולים לבלום את תחנת הכוח הגרעינית בפוקושימה שהתנתקה מזמן. הם יכולים רק לציין שב-18 באוקטובר 2013 רמת הקרינה במי התהום עלתה על הנורמה ביותר מ-2,500 פעמים. יממה לאחר מכן עלתה רמת החומרים הרדיואקטיביים במים כמעט פי 12,000! מַדוּעַ?! מומחים יפנים עדיין לא יכולים לענות על שאלה זו או לעצור תהליכים אלה.

הסיכון ביצירת פצצת אטום עדיין היה מוצדק איכשהו. המצב הצבאי-פוליטי המתוח על הפלנטה דרש אמצעי הגנה והתקפה חסרי תקדים מצד המדינות הלוחמות. בהכנעה למצב, חוקרי גרעין לקחו סיכונים מבלי להתעמק בנבכי המבנה והתפקוד של חלקיקים אלמנטריים וגרעינים אטומיים.

אולם בימי שלום, היה צורך להתחיל בבניית תחנות כוח גרעיניות ומתנגשות מכל הסוגים רק בתנאי, מה המדע הבין לחלוטין את המבנה של גרעין האטום, האלקטרון, הנייטרון, הפרוטון והיחסים ביניהם.יתרה מכך, בתחנות כוח גרעיניות יש לשלוט בקפדנות על התגובה הגרעינית. אבל אתה יכול באמת וביעילות לנהל רק את מה שאתה יודע ביסודיות. במיוחד אם מדובר בסוג האנרגיה החזק ביותר כיום, שכלל לא קל לרסן. זה כמובן לא קורה. לא רק במהלך בניית תחנות כוח גרעיניות.

נכון להיום, ברוסיה, סין, ארה"ב ואירופה ישנם 6 מתנגשים שונים - מאיצים רבי עוצמה של זרימות נגדיות של חלקיקים המאיצים אותם למהירויות אדירות, ומעניקים לחלקיקים אנרגיה קינטית גבוהה, על מנת להתנגש בהם זה בזה. מטרת ההתנגשות היא לחקור את תוצרי התנגשותם של חלקיקים בתקווה שבתהליך ההתפרקות שלהם ניתן יהיה לראות משהו חדש ולא ידוע עד כה.

ברור שחוקרים מאוד מעוניינים לראות מה ייצא מכל זה. מהירות התנגשויות החלקיקים ורמת ההקצאה של המחקר המדעי הולכים וגדלים, אבל הידע על המבנה של מה שמתנגש נשאר באותה רמה במשך הרבה מאוד שנים. עדיין אין תחזיות מבוססות לגבי תוצאות המחקרים המתוכננים, ולא יכולות להיות. לא במקרה. אנו מבינים היטב שחיזוי מדעי אפשרי רק אם יש לנו ידע מדויק ומאומת של לפחות הפרטים של התהליך החזוי. למדע המודרני אין עדיין ידע כזה על חלקיקים יסודיים. במקרה זה, אנו יכולים להניח שהעיקרון העיקרי של שיטות מחקר קיימות הוא הבא: "בואו ננסה את זה ונראה מה קורה." לְמַרְבֶּה הַצַעַר.

לכן, זה די טבעי שכיום נושאים הקשורים לסכנות של ניסויים נדונים לעתים קרובות יותר ויותר. זה אפילו לא שאלה של האפשרות של חורים שחורים מיקרוסקופיים המתעוררים במהלך ניסויים, אשר, גדלים, יכולים לטרוף את הפלנטה שלנו. אני לא באמת מאמין באפשרות כזו, לפחות ברמה ובשלב של היום של ההתפתחות האינטלקטואלית שלי.

אבל יש סכנה עמוקה וממשית יותר. לדוגמה, במאיץ ההדרונים הגדול, זרמים של פרוטונים או יוני עופרת מתנגשים בתצורות שונות. נראה, איזה איום יכול להגיע מחלקיק מיקרוסקופי, ואפילו מתחת לאדמה, במנהרה עטופה בהגנה עוצמתית ממתכת ובטון? חלקיק במשקל 1,672,621,777(74) x 10 -27 ק"ג ומנהרה מוצקה, מרובת טון, של יותר מ-26 ק"מ בעובי אדמה כבדה הן קטגוריות שאין להשוות בבירור.

עם זאת, האיום קיים. כשעורכים ניסויים, סביר להניח שיהיה שחרור בלתי מבוקר של כמות אנרגיה עצומה, שתופיע לא רק כתוצאה מקרע של כוחות תוך גרעיניים, אלא גם מהאנרגיה שנמצאת בתוך הפרוטונים או יוני העופרת. פיצוץ גרעיני של טיל בליסטי מודרני, המבוסס על שחרור האנרגיה התוך-גרעינית של אטום, ייראה לא יותר גרוע מפצח ראש השנה לעומת האנרגיה החזקה שיכולה להשתחרר כאשר חלקיקים יסודיים מושמדים. באופן די בלתי צפוי, נוכל לתת לשד הפיה לצאת מהבקבוק. אבל לא אותה גמישה, טובת לב ומקצוענית שרק מקשיבה ומצייתת, אלא מפלצת בלתי נשלטת, כל יכולה וחסרת רחמים, שאינה יודעת רחמים ורחמים. וזה לא יהיה מדהים, אבל די אמיתי.

אבל הדבר הגרוע ביותר הוא שבדיוק כמו בפצצה גרעינית, תגובת שרשרת יכולה להתחיל במתנגשות, לשחרר עוד ועוד חלקים של אנרגיה ולהרוס את כל החלקיקים היסודיים האחרים. יחד עם זאת, לא משנה כלל ממה הם יהיו מורכבים - מבני מנהרות מתכת, קירות בטון או סלעים. אנרגיה תשתחרר בכל מקום, ותקרע לגזרים את כל מה שקשור לא רק עם הציוויליזציה שלנו, אלא עם כדור הארץ כולו. בן רגע, רק רסיסים מעוררי רחמים וחסרי צורה עשויים להישאר מהיופי הכחול המתוק שלנו, להתפזר על פני המרחבים הגדולים והעצומים של היקום.

זהו, כמובן, תרחיש נורא, אך אמיתי מאוד, ואירופאים רבים מבינים זאת היטב ומתנגדים באופן פעיל לניסויים מסוכנים בלתי צפויים, בדרישה להבטיח את שלומם של כדור הארץ והציוויליזציה. בכל פעם הנאומים הללו יותר ויותר מאורגנים ומגבירים את הדאגה הפנימית מהמצב הנוכחי.

אני לא נגד ניסויים, כי אני מבין היטב שהדרך לידע חדש היא תמיד קוצנית וקשה. כמעט בלתי אפשרי להתגבר על זה בלי ניסויים. עם זאת, אני משוכנע עמוקות שכל ניסוי צריך להתבצע רק אם הוא בטוח לאנשים ולסביבה. היום אין לנו אמון באבטחה כזו. לא, כי אין ידע על אותם חלקיקים שאנחנו כבר מתנסים איתם היום.

המצב התברר הרבה יותר מדאיג ממה שדמיינתי קודם לכן. מודאג ברצינות, צללתי ראש אל תוך עולם הידע על המיקרוקוסמוס. אני מודה, זה לא הסב לי הנאה רבה, שכן בתיאוריות המפותחות של עולם המיקרו היה קשה לתפוס קשר ברור בין תופעות טבע לבין המסקנות שעליהן התבססו כמה מדענים, תוך שימוש בעקרונות התיאורטיים של פיזיקת הקוונטים, מכניקת הקוונטים והתיאוריה של חלקיקים אלמנטריים כמנגנון מחקר.

תארו לעצמכם את הפליאה שלי כשלפתע גיליתי שידע על עולם המיקרו מבוסס יותר על הנחות שאין להן הצדקות הגיוניות ברורות. לאחר מודלים מתמטיים רוויים עם מוסכמות מסוימות בצורה של קבוע של פלאנק עם קבוע העולה על שלושים אפסים אחרי הנקודה העשרונית, איסורים והנחות שונות, תיאורטיקנים, לעומת זאת, תיארו בפירוט מספיק ובדיוק אהאם ישנם מצבים מעשיים העונים על השאלה: "מה יקרה אם...?" עם זאת, השאלה העיקרית: "למה זה קורה?", למרבה הצער, נותרה ללא מענה.

נראה לי שהבנת היקום חסר הגבולות והגלקסיות הרחוקות מאוד שלו, הפרוסות על פני מרחקים עצומים להפליא, היא הרבה יותר קשה מאשר למצוא נתיב של ידע למה, למעשה, "שוכן מתחת לרגלינו". בהתבסס על בסיס ההשכלה התיכונית והגבוהה שלי, האמנתי באמת ובתמים שלציביליזציה שלנו אין עוד שאלות לגבי מבנה האטום והגרעין שלו, או לגבי חלקיקים יסודיים והמבנה שלהם, או לגבי הכוחות המחזיקים את האלקטרון במסלול לשמור על הקשר היציב של פרוטונים וניוטרונים בגרעין האטום.

עד אותו רגע, לא הייתי צריך ללמוד את יסודות הפיזיקה הקוונטית, אבל הייתי בטוח והנחתי בתמימות שהפיסיקה החדשה הזו היא מה שבאמת יוביל אותנו אל מחוץ לחושך של אי ההבנה של עולם המיקרו.

אבל, לצערי העמוק, טעיתי. פיזיקת הקוונטים המודרנית, הפיזיקה של גרעין האטום והחלקיקים היסודיים וכל הפיזיקה של עולם המיקרו, לדעתי, אינן רק במצב מצער. הם תקועים זמן רב במבוי סתום אינטלקטואלי, שאינו יכול לאפשר להם להתפתח ולהשתפר, נעים בנתיב הידע של האטום והחלקיקים היסודיים.

חוקרי עולם המיקרו, המוגבלים בהחלט על ידי הדעות הבלתי מעורערות של גדולי התיאורטיקנים של המאות ה-19 וה-20, לא העזו כבר יותר ממאה שנים לחזור לשורשיהם ושוב להתחיל את הדרך הקשה של המחקר לעומקם של העולם הסובב שלנו. ההסתכלות הביקורתית שלי על המצב הנוכחי סביב חקר עולם המיקרו רחוקה מלהיות היחידה. חוקרים ותיאורטיקנים מתקדמים רבים הביעו לא אחת את נקודת מבטם לגבי הבעיות המתעוררות במהלך הבנת היסודות של תורת גרעין האטום וחלקיקים יסודיים, פיזיקת הקוונטים ומכניקת הקוונטים.

ניתוח של פיזיקת קוונטים תיאורטית מודרנית מאפשר לנו להסיק מסקנה ברורה כי המהות של התיאוריה טמונה בייצוג מתמטי של ערכים ממוצעים מסוימים של חלקיקים ואטומים, בהתבסס על אינדיקטורים של סטטיסטיקה מכניסטית מסוימת. העיקר בתיאוריה אינו חקר החלקיקים היסודיים, המבנה שלהם, הקשרים והאינטראקציות שלהם במהלך ביטוי של תופעות טבע מסוימות, אלא מודלים מתמטיים הסתברותיים מפושטים המבוססים על תלות שהתקבלו במהלך ניסויים.

למרבה הצער, כאן, כמו גם במהלך התפתחות תורת היחסות, הועמדו במקום הראשון התלות המתמטית הנגזרת, אשר האפילה על אופי התופעות, הקשר ביניהן והסיבות להתרחשותן.

חקר המבנה של חלקיקים יסודיים הוגבל להנחה של נוכחותם של שלושה קווארקים היפותטיים בפרוטונים ובנייטרונים, שהזנים שלהם, עם התפתחות ההנחה התיאורטית הזו, השתנו משניים, אחר כך שלושה, ארבעה, שישה, שתים עשרה. המדע פשוט הסתגל לתוצאות של ניסויים, נאלץ להמציא אלמנטים חדשים שקיומם עדיין לא הוכח. כאן נוכל לשמוע על פריונים וגרביטונים שטרם נמצאו. אתה יכול להיות בטוח שמספר החלקיקים ההיפותטיים ימשיך לגדול ככל שהמדע של עולם המיקרו ילך יותר ויותר לתוך מבוי סתום.

חוסר ההבנה של התהליכים הפיזיקליים המתרחשים בתוך חלקיקים אלמנטריים וגרעינים אטומיים, מנגנון האינטראקציה של מערכות ואלמנטים של עולם המיקרו, הביא לזירת המדע המודרני אלמנטים היפותטיים - נשאי אינטראקציה - כגון בוזונים של מד ובוזונים וקטורים, גלוונים , פוטונים וירטואליים. הם אלו שנמצאים בראש רשימת הישויות האחראיות לתהליכי האינטראקציה של חלקיקים מסוימים עם אחרים. וזה לא משנה שאפילו הסימנים העקיפים שלהם לא זוהו. חשוב שיוכלו לפחות איכשהו להיות אחראים לעובדה שגרעין האטום אינו מתפרק למרכיביו, שהירח לא נופל על כדור הארץ, שאלקטרונים עדיין מסתובבים במסלולם, ושה השדה המגנטי של הפלנטה עדיין מגן עלינו מפני השפעות קוסמיות.

כל זה העציב אותי, כי ככל שהתעמקתי בתיאוריות של עולם המיקרו, כך גדלה ההבנה שלי לגבי התפתחות ללא מוצא של המרכיב החשוב ביותר בתורת מבנה העולם. העמדה של המדע של היום לגבי המיקרוקוסמוס אינה מקרית, אלא טבעית. העובדה היא שהיסודות לפיזיקת הקוונטים הונחו על ידי זוכי פרס נובל מקס פלאנק, אלברט איינשטיין, נילס בוהר, ארווין שרדינגר, וולפגנג פאולי ופול דיראק בסוף המאה התשע עשרה ותחילת המאה העשרים. לפיסיקאים באותה תקופה היו רק תוצאות של כמה ניסויים ראשוניים שמטרתם לחקור אטומים וחלקיקים יסודיים. עם זאת, יש להודות שמחקרים אלה בוצעו על ציוד לא מושלם התואם לאותה תקופה, ומאגר הניסויים רק החל להתמלא.

לכן, אין זה מפתיע שהפיסיקה הקלאסית לא תמיד יכלה לענות על השאלות הרבות שהתעוררו במהלך חקר עולם המיקרו. לכן, בתחילת המאה העשרים, העולם המדעי התחיל לדבר על משבר הפיסיקה והצורך בשינויים מהפכניים במערכת המחקר של עולמות המיקרו. מצב זה בהחלט דחף מדענים תיאורטיים מתקדמים לחפש דרכים חדשות ושיטות חדשות להבנת עולם המיקרו.

הבעיה, עלינו לחלוק כבוד, לא הייתה בהוראות המיושנות של הפיזיקה הקלאסית, אלא בבסיס טכני לא מפותח מספיק, שבאותה תקופה, באופן מובן למדי, לא יכול היה לספק את תוצאות המחקר הדרושות ולספק מזון לפיתוחים תיאורטיים עמוקים יותר. את החסר היה צריך להשלים. והוא התמלא. תיאוריה חדשה - פיסיקה קוונטית, המבוססת בעיקרה על מושגים מתמטיים הסתברותיים. לא היה בזה שום דבר רע, חוץ מזה שבמקביל הם שכחו את הפילוסופיה והתנתקו מהעולם האמיתי.

רעיונות קלאסיים על האטום, האלקטרון, הפרוטון, הנייטרון וכו'. הוחלפו במודלים הסתברותיים שלהם, שתואמים רמה מסוימת של התפתחות מדעית ואף אפשרו לפתור בעיות הנדסיות שימושיות מורכבות מאוד. היעדר הבסיס הטכני הדרוש וכמה הצלחות בייצוג התיאורטי והניסיוני של היסודות והמערכות של עולם המיקרו יצרו את התנאים להתקררות מסוימת של העולם המדעי לקראת מחקר מעמיק של מבנה החלקיקים היסודיים, האטומים והגרעינים שלהם. . יתרה מכך, נראה היה שהמשבר בפיזיקה של עולם המיקרו כבה, מהפכה התרחשה. הקהילה המדעית מיהרה בשקיקה ללמוד פיזיקת קוונטים, מבלי לטרוח ולהבין את היסודות של החלקיקים היסודיים והיסודיים.

באופן טבעי, המצב הזה של המדע המודרני על עולם המיקרו לא יכול היה שלא לרגש אותי, ומיד התחלתי להתכונן למשלחת חדשה, למסע חדש. למסע אל תוך עולם המיקרו. כבר עשינו טיול דומה. זה היה המסע הראשון אל עולם הגלקסיות, הכוכבים והקוואזרים, אל עולם החומר האפל והאנרגיה האפלה, אל העולם שבו היקום שלנו נולד וחי חיים מלאים. בדו"ח שלו "נשימת היקום. טיול ראשון"ניסינו להבין את מבנה היקום ואת התהליכים המתרחשים בו.

כשהבנתי שגם המסע השני לא יהיה קל וידרוש מיליארדי טריליוני פעמים כדי לצמצם את קנה המידה של החלל שבו אצטרך לחקור את העולם סביבי, התחלתי להתכונן לחדור לא רק למבנה של אטום. או מולקולה, אלא גם לתוך מעמקי האלקטרון והפרוטון, הנייטרון והפוטון, ובנפחים קטנים פי מיליוני מהנפחים של חלקיקים אלה. לשם כך נדרשו הכשרה מיוחדת, ידע חדש וציוד מתקדם.

המסע המתקרב כלל החל מההתחלה של בריאת העולם שלנו, והתחלה זו הייתה המסוכנת ביותר ועם התוצאה הבלתי צפויה ביותר. אבל זה היה תלוי במשלחת שלנו אם נמצא דרך לצאת מהמצב הנוכחי במדע המיקרוקוסמוס או שמא נישאר מאוזנים על גשר החבלים הרעוע של האנרגיה הגרעינית המודרנית, כל שנייה שמה את החיים ואת קיומה של הציוויליזציה על כוכב בסכנת חיים.

העניין הוא שכדי לדעת את התוצאות הראשוניות של המחקר שלנו, היה צורך להגיע לחור השחור של היקום, ולהזניח את תחושת השימור העצמי, למהר אל הגיהנום הבוער של המנהרה האוניברסלית. רק שם, בתנאים של טמפרטורות גבוהות במיוחד ולחץ פנטסטי, הנעים בזהירות בזרימות מסתובבות במהירות של חלקיקי חומר, נוכל לראות כיצד מתרחשת השמדת חלקיקים ואנטי-חלקיקים וכיצד האב הקדמון הגדול והחזק של כל הדברים - אתר - נולד מחדש , להבין את כל התהליכים המתרחשים, כולל היווצרות של חלקיקים, אטומים ומולקולות.

האמן לי, אין הרבה נועזים על פני כדור הארץ שיכולים להחליט לעשות זאת. יתרה מכך, התוצאה אינה מובטחת על ידי איש ואיש אינו מוכן לקחת אחריות על התוצאה המוצלחת של המסע הזה. במהלך קיומה של הציוויליזציה, אף אחד אפילו לא ביקר בחור השחור של הגלקסיה, אבל כאן - עוֹלָם!הכל כאן מבוגר, גרנדיוזי ובקנה מידה קוסמי. אין פה בדיחה. כאן, בין רגע, הם יכולים להפוך את גוף האדם לקריש אנרגיה חמה מיקרוסקופית או לפזר אותו על פני המרחבים הקרים האינסופיים של החלל ללא זכות שיקום ואיחוד מחדש. זה היקום! ענק ומלכותי, קר וחם, אינסופי ומסתורי...

לכן, מזמין את כולם להצטרף למשלחת שלנו, אני חייב להזהיר שאם למישהו יש ספקות, לא מאוחר מדי לסרב. כל נימוק מתקבל. אנו מודעים לחלוטין לגודל הסכנה, אך אנו מוכנים להתמודד איתה באומץ בכל מחיר! אנו מתכוננים לצלול אל מעמקי היקום.

ברור שלהגן על עצמך ולהישאר בחיים תוך כדי צלילה לתוך מנהרה אוניברסלית לוהטת מלאת פיצוצים חזקים ותגובות גרעיניות זה רחוק מלהיות קל, והציוד שלנו חייב להתאים לתנאים שבהם נצטרך לעבוד. לכן, חובה להכין את הציוד הטוב ביותר ולשקול היטב את הציוד עבור כל המשתתפים במשלחת המסוכנת הזו.

קודם כל, בטיול השני שלנו ניקח את מה שאפשר לנו להתגבר על נתיב קשה מאוד על פני מרחבי היקום כשעבדנו על הדו"ח על המשלחת שלנו "נשימת היקום. המסע הראשון".כמובן שכן חוקי העולם. ללא השימוש בהם, המסע הראשון שלנו בקושי היה יכול להסתיים בהצלחה. החוקים הם שאפשרו למצוא את הדרך הנכונה בין הצטברות התופעות הבלתי מובנות והמסקנות המפוקפקות של חוקרים להסביר אותן.

אם אתה זוכר חוק איזון ההפכים,קביעה מראש שבעולם כל גילוי של מציאות, לכל מערכת יש את המהות ההפוכה שלה והיא או שואפת להיות באיזון איתה, אפשרה לנו להבין ולקבל את הנוכחות בעולם שסביבנו, בנוסף לאנרגיה הרגילה, גם של אפלה. אנרגיה, וגם, בנוסף לחומר רגיל, חומר אפל. חוק איזון הניגודים איפשר להניח שהעולם לא רק מורכב מאתר, אלא גם אתר מורכב משני סוגים שלו - חיובי ושלילי.

חוק הקישוריות האוניברסלית, מרמז על קשר יציב וחוזר בין כל העצמים, התהליכים והמערכות ביקום, ללא קשר לקנה המידה שלהם, וכן חוק ההיררכיה, סדר הרמות של כל מערכת ביקום מהנמוך לגבוה, איפשר לבנות "סולם ישויות" הגיוני מאתר, חלקיקים, אטומים, חומרים, כוכבים וגלקסיות אל היקום. ולאחר מכן, מצאו דרכים להפוך מספר עצום להפליא של גלקסיות, כוכבים, כוכבי לכת וחפצים חומריים אחרים, תחילה לחלקיקים, ולאחר מכן לזרמים של אתר חם.

מצאנו אישור לדעות אלה בפעולה. חוק ההתפתחות, הקובע את התנועה האבולוציונית בכל תחומי העולם הסובב אותנו. דרך ניתוח פעולת החוקים הללו הגענו לתיאור הצורה וההבנה של מבנה היקום, למדנו את התפתחות הגלקסיות, וראינו את מנגנוני היווצרותם של חלקיקים ואטומים, כוכבים וכוכבי לכת. התברר לנו לגמרי איך נוצר הגדול מהקטן, והקטן מהגדול.

רק הבנה חוק המשכיות התנועה, המפרשת את ההכרח האובייקטיבי של תהליך התנועה המתמדת במרחב עבור כל העצמים והמערכות ללא יוצא מן הכלל, אפשרה לנו לממש את הסיבוב של ליבת היקום והגלקסיות סביב המנהרה האוניברסלית.

חוקי מבנה העולם היו מעין מפה של המסע שלנו, שעזרה לנו לנוע לאורך המסלול ולהתגבר על הקטעים והמכשולים הקשים ביותר שבו נתקלו בדרך להבנת העולם. לכן, חוקי מבנה העולם יהיו התכונה החשובה ביותר של הציוד שלנו במסע זה אל מעמקי היקום.

התנאי החשוב השני להצלחת החדירה למעמקי היקום יהיה, כמובן, תוצאות ניסוייםמדענים שהם ביצעו במשך יותר ממאה שנים, והכל מלאי ידע ומידע על תופעות מיקרו-עולםשנצבר על ידי המדע המודרני. במהלך הטיול הראשון שלנו השתכנענו שאפשר לפרש הרבה תופעות טבע בדרכים שונות ולהסיק מסקנות הפוכות לחלוטין.

מסקנות שגויות, הנתמכות בנוסחאות מתמטיות מסורבלות, מובילות, ככלל, את המדע למבוי סתום ואינן מספקות את הפיתוח הנדרש. הם מניחים את הבסיס לחשיבה שגויה נוספת, אשר, בתורה, מעצבת את העמדות התיאורטיות של התיאוריות השגויות המפותחות. זה לא עניין של נוסחאות. נוסחאות יכולות להיות נכונות לחלוטין. אבל ההחלטות של החוקרים לגבי איך ובאיזה דרך להתקדם אולי לא לגמרי נכונות.

אפשר להשוות את המצב לרצון להגיע מפריז לשדה התעופה על שם שארל דה גול לאורך שני כבישים. הראשון הוא הקצר ביותר, שיכול לקחת לא יותר מחצי שעה, תוך שימוש במכונית בלבד, והשני הוא בדיוק ההפך, מסביב לעולם במכונית, בספינה, בציוד מיוחד, בסירות, במזחלות כלבים ברחבי צרפת, באוקיינוס ​​האטלנטי, דרום אמריקה, אנטארקטיקה, האוקיינוס ​​השקט, הארקטי ולבסוף דרך צפון מזרח צרפת היישר לשדה התעופה. שני הדרכים יובילו אותנו מנקודה אחת לאותו מקום. אבל באיזה זמן ובאיזה מאמץ? כן, ושמירה על דיוק והגעה ליעד במהלך נסיעה ארוכה וקשה היא מאוד בעייתית. לכן חשוב לא רק תהליך התנועה, אלא גם בחירת הדרך הנכונה.

במסע שלנו, ממש כמו במשלחת הראשונה, ננסה להסתכל קצת אחרת על המסקנות על עולם המיקרו שכבר נעשו והתקבלו על ידי כל העולם המדעי. קודם כל, ביחס לידע שנרכש מחקר חלקיקים אלמנטריים, תגובות גרעיניות ואינטראקציות קיימות. בהחלט ייתכן שכתוצאה מהטבילה שלנו במעמקי היקום, האלקטרון יופיע לפנינו לא כחלקיק חסר מבנה, אלא כאובייקט מורכב יותר של עולם המיקרו, וגרעין האטום יחשוף את המגוון שלו. מבנה, חי חיים יוצאי דופן ופעילים משלו.

בואו לא נשכח לקחת איתנו את ההיגיון. היא אפשרה לנו למצוא את דרכנו במקומות הקשים ביותר במסענו האחרון. לוגיקההיה מעין מצפן, המציין את כיוון הנתיב הנכון תוך כדי נסיעה על פני מרחבי היקום. ברור שגם עכשיו אנחנו לא יכולים בלעדיו.

עם זאת, ברור שההיגיון לבדו לא יספיק. במסע הזה אנחנו לא יכולים בלי אינטואיציה. אִינטוּאִיצִיָהיאפשר לנו למצוא משהו שאנחנו אפילו לא יכולים לנחש לגביו, ושאף אחד לא חיפש שום דבר לפנינו. האינטואיציה היא העוזרת הנפלאה שלנו, שלקולה נקשיב היטב. האינטואיציה תאלץ אותנו לזוז, ללא קשר לגשם וקור, שלג וכפור, ללא תקווה איתנה ומידע ברור, אבל דווקא זה יאפשר לנו להשיג את מטרתנו בניגוד לכל הכללים וההנחיות להם יש לאנושות כולה. להתרגל מאז בית הספר.

לבסוף, אנחנו לא יכולים ללכת לשום מקום בלי הדמיון חסר המעצורים שלנו. דִמיוֹן- זהו כלי הידע שאנו זקוקים לו, שיאפשר לנו, ללא המיקרוסקופים המודרניים ביותר, לראות מה קטן בהרבה מהחלקיקים הקטנים ביותר שכבר התגלו או שרק חוקרים הניחו. הדמיון ידגים לנו את כל התהליכים המתרחשים בחור שחור ובמנהרה האוניברסלית, יספק את המנגנונים להופעת כוחות כבידה במהלך היווצרות חלקיקים ואטומים, ינחה אותנו בגלריות של גרעין האטום ויעניק לנו את הזדמנות לערוך טיסה מרתקת על אלקטרון מסתובב קל סביב חברה מוצקה אך מגושמת של פרוטונים וניוטרונים בגרעין האטום.

למרבה הצער, לא נוכל לקחת שום דבר אחר במסע הזה אל מעמקי היקום - יש מעט מאוד מקום ואנחנו צריכים להגביל את עצמנו אפילו לדברים הנחוצים ביותר. אבל זה לא יכול לעצור אותנו! המטרה ברורה לנו! מעמקי היקום מחכים לנו!

העולם והמדע לעולם אינם עומדים במקום. רק לאחרונה, ספרי לימוד בפיזיקה כתבו בביטחון שהאלקטרון הוא החלקיק הקטן ביותר. ואז המזונים הפכו לחלקיקים הקטנים ביותר, ואז לבוזונים. ועכשיו המדע גילה דבר חדש החלקיק הקטן ביותר ביקום- חור שחור של פלאנק. נכון, זה עדיין פתוח רק בתיאוריה. חלקיק זה מסווג כחור שחור מכיוון שרדיוס הכבידה שלו גדול מאורך הגל או שווה לו. מבין כל החורים השחורים הקיימים, זה של פלאנק הוא הקטן ביותר.

משך החיים של חלקיקים אלה קצר מכדי לאפשר את הזיהוי המעשי שלהם. לפחות בינתיים. והם נוצרים, כפי שנהוג להאמין, כתוצאה מתגובות גרעיניות. אבל זה לא רק משך החיים של החורים השחורים של פלאנק שמונע את גילוים. עכשיו, למרבה הצער, זה בלתי אפשרי מנקודת מבט טכנית. על מנת לסנתז חורים שחורים של פלאנק, יש צורך במאיץ אנרגיה של יותר מאלף אלקטרונים וולט.

וִידֵאוֹ:

למרות קיומו ההיפותטי של החלקיק הקטן ביותר ביקום, גילויו המעשי בעתיד אפשרי בהחלט. אחרי הכל, לא כל כך מזמן לא ניתן היה לזהות גם את הבוזון האגדי של היגס. בגלל גילויו נוצר מתקן שרק התושב העצל ביותר על פני כדור הארץ לא שמע עליו - מאיץ ההדרונים הגדול. האמון של המדענים בהצלחתם של מחקרים אלה סייע להשיג תוצאה מרעישה. בוזון היגס הוא כיום החלקיק הקטן ביותר שקיומו הוכח באופן מעשי. גילויו חשוב מאוד למדע הוא אפשר לכל החלקיקים לרכוש מסה. ואם לחלקיקים לא הייתה מסה, היקום לא יכול היה להתקיים. לא יכול היה להיווצר בו חומר אחד.

למרות קיומו המוכח של חלקיק זה, בוזון היגס, עדיין לא הומצאו יישומים מעשיים עבורו. בינתיים זה רק ידע תיאורטי. אבל בעתיד הכל אפשרי. לא לכל התגליות בתחום הפיזיקה היה יישום מעשי מיד. אף אחד לא יודע מה יקרה בעוד מאה שנים. אחרי הכל, כפי שהוזכר קודם, העולם והמדע לעולם לא עומדים במקום.

הם מגיעים בכל הצורות והגדלים, חלקם מגיעים בצמדים הרסניים, כלומר בסופו של דבר הם הורסים אחד את השני, ולחלקם יש שמות מדהימים כמו "נייטרלינו". הנה רשימה של חלקיקים זעירים שמדהימים אפילו פיזיקאים עצמם.

חלקיק אלוהים

בוזון היגס הוא חלקיק שכל כך חשוב למדע, עד שהוא זכה לכינוי "חלקיק האל". זה, כפי שמדענים מאמינים, נותן מסה לכל שאר החלקיקים. זה נדון לראשונה ב-1964, כשפיזיקאים תהו מדוע לחלקיקים מסוימים יש מסה גדולה יותר מאחרים. בוזון היגס קשור לשדה היגס, מעין סריג הממלא את היקום. השדה והבוזון נחשבים אחראים לכך שחלקיקים אחרים צוברים מסה. מדענים רבים מאמינים שמנגנון היגס מכיל את החלקים החסרים בפאזל כדי להבין היטב את המודל הסטנדרטי, המתאר את כל החלקיקים הידועים, אך הקשר ביניהם טרם הוכח.

קווארקס

קווארקים נקראים בלוקים של פרוטונים וניוטרונים עם שמות נפלאים שלעולם אינם לבדם ומתקיימים רק בקבוצות. ככל הנראה, הכוח המחבר בין קווארקים גדל עם המרחק, כלומר ככל שמישהו ינסה להרחיק את אחד הקווארקים מהקבוצה, כך הוא יימשך בחזרה. לפיכך, קווארקים חופשיים פשוט אינם קיימים בטבע. ישנם שישה סוגים של קווארקים בסך הכל, והפרוטונים והנייטרונים, למשל, מורכבים מכמה קווארקים. יש שלושה מהם בפרוטון - שניים מאותו סוג, ואחד מהשני, אבל בניוטרון יש רק שניים, שניהם מסוגים שונים.

סופר שותפים

חלקיקים אלו שייכים לתורת העל-סימטריה, הקובעת כי על כל חלקיק המוכר לאדם, קיים חלקיק דומה נוסף שטרם התגלה. לדוגמה, שותף-על של אלקטרון הוא סלקטרון, שותף-על של קווארק הוא סקווארק, ושותף-על של פוטון הוא פוטינו. מדוע חלקיקי העל הללו אינם נצפים ביקום כעת? מדענים מאמינים שהם הרבה יותר כבדים מבני הזוג שלהם, ומשקל גדול יותר מקצר את חיי השירות שלהם. חלקיקים אלו מתחילים להתפרק ברגע שהם נולדים. יצירת חלקיק דורשת כמות עצומה של אנרגיה, כמו זו שהופקה במפץ הגדול. אולי מדענים ימצאו דרך לשחזר חלקיקי-על, למשל, במאיץ ההדרונים הגדול. לגבי הגודל והמשקל הגדולים יותר של שותפי העל, מדענים מאמינים שהסימטריה נשברה במגזר נסתר של היקום שלא ניתן לראות או למצוא.

ניוטרינו

אלו הם חלקיקים תת-אטומיים קלים הנעים במהירויות הקרובות למהירות האור. למעשה, טריליוני ניטרינו נעים בגופכם בכל רגע נתון, אבל הם כמעט אף פעם לא מקיימים אינטראקציה עם חומר רגיל. חלק מהניטרינו מגיעים מהשמש, אחרים מקרניים קוסמיות המקיימות אינטראקציה עם האטמוספירה.

אנטי חומר

לכל החלקיקים הרגילים יש שותף באנטי-חומר, חלקיקים זהים עם מטענים הפוכים. כשחומר ואנטי-חומר נפגשים זה עם זה, הם הורסים זה את זה. עבור פרוטון חלקיק כזה הוא אנטי פרוטון, אבל עבור אלקטרון הוא פוזיטרון.

גרביטונים

במכניקת הקוונטים, כל הכוחות הבסיסיים מתבצעים על ידי חלקיקים. לדוגמה, האור מורכב מחלקיקים בעלי מסה אפסית הנקראים פוטונים, הנושאים כוח אלקטרומגנטי. כמו כן, גרביטונים הם חלקיקים תיאורטיים הנושאים את כוח הכבידה. מדענים עדיין מנסים למצוא גרביטונים, אבל זה קשה מאוד, מכיוון שחלקיקים אלה מקיימים אינטראקציה חלשה מאוד עם החומר. עם זאת, מדענים לא מוותרים על הניסיון, כי הם מקווים שהם עדיין יצליחו לתפוס גרביטונים כדי לחקור אותם ביתר פירוט - זו יכולה להיות פריצת דרך אמיתית במכניקת הקוונטים, שכן חלקיקים דומים רבים כבר נחקרו, אבל הגרביטון נשאר תיאורטי בלבד. כפי שאתה יכול לראות, פיזיקה יכולה להיות הרבה יותר מעניינת ומרגשת ממה שאתה יכול לדמיין. העולם כולו מלא בחלקיקים שונים, שכל אחד מהם מהווה תחום עצום למחקר ולמחקר, כמו גם מאגר ידע עצום על כל מה שסובב את האדם. ואתה רק צריך לחשוב כמה חלקיקים כבר התגלו - וכמה אנשים עוד צריכים לגלות.

דוקטור למדעי הפיזיקה והמתמטיקה M. KAGANOV.

על פי מסורת ארוכת שנים, המגזין "מדע וחיים" מדבר על ההישגים האחרונים של המדע המודרני, התגליות האחרונות בתחום הפיזיקה, הביולוגיה והרפואה. אבל כדי להבין עד כמה הם חשובים ומעניינים, יש צורך לפחות בהבנה כללית של יסודות המדע. הפיזיקה המודרנית מתפתחת במהירות, ואנשים מהדור המבוגר, אלה שלמדו בבית הספר ובקולג' לפני 30-40 שנה, לא מכירים הרבה מהוראותיה: הם פשוט לא היו קיימים אז. והקוראים הצעירים שלנו עדיין לא הספיקו ללמוד עליהם: ספרות מדעית פופולרית כמעט חדלה להתפרסם. לכן, ביקשנו מהמחבר הוותיק של כתב העת M.I. Kaganov לדבר על אטומים וחלקיקים יסודיים ועל החוקים השולטים בהם, על מהו חומר. מוזס איזקוביץ' קגנוב הוא פיזיקאי תיאורטי, מחבר ומחבר שותף של כמה מאות עבודות על תורת הקוונטים של מוצקים, תורת המתכות והמגנטיות. הוא היה עובד מוביל של המכון לבעיות פיזיות על שמו. P. L. Kapitsa ופרופסור באוניברסיטת מוסקבה. M. V. Lomonosov, חבר מערכת של כתבי העת "טבע" ו"קוואנטום". מחברם של מאמרים וספרים מדעיים פופולריים רבים. כיום גר בבוסטון (ארה"ב).

מדע וחיים // איורים

הפילוסוף היווני דמוקריטוס היה הראשון שהשתמש במילה "אטום". על פי משנתו, האטומים אינם ניתנים לחלוקה, בלתי ניתנים להריסה ובתנועה מתמדת. הם מגוונים לאין שיעור, יש להם שקעים וקמורות שאיתם הם משתלבים, ויוצרים את כל הגופים החומריים.

טבלה 1. המאפיינים החשובים ביותר של אלקטרונים, פרוטונים ונויטרונים.

אטום דאוטריום.

הפיזיקאי האנגלי ארנסט רתרפורד נחשב בצדק למייסד הפיזיקה הגרעינית, תורת הרדיואקטיביות ותאוריית המבנה האטומי.

בתמונה: פני השטח של גביש טונגסטן, מוגדל פי 10 מיליון; כל נקודה בהירה היא האטום האינדיבידואלי שלה.

מדע וחיים // איורים

מדע וחיים // איורים

בעבודה על יצירת תורת הקרינה, מקס פלאנק בשנת 1900 הגיע למסקנה שאטומים של חומר מחומם צריכים לפלוט אור בחלקים, קוואנטים, בעלי ממד פעולה (J.s) ואנרגיה פרופורציונלית לתדירות הקרינה: E = hn .

בשנת 1923, לואי דה ברוגלי העביר את הרעיון של איינשטיין לגבי הטבע הכפול של האור - דואליות גל-חלקיק - לחומר: תנועתו של חלקיק מתאימה להתפשטות של גל אינסופי.

ניסויי עקיפה אישרו באופן משכנע את התיאוריה של דה ברוגלי, שקבעה שתנועתו של כל חלקיק מלווה בגל, שאורכו ומהירותו תלויים במסה ובאנרגיה של החלקיק.

מדע וחיים // איורים

שחקן ביליארד מנוסה תמיד יודע איך הכדורים יתגלגלו לאחר שנפגעו ומכניס אותם בקלות לכיס. עם חלקיקים אטומיים זה הרבה יותר קשה. אי אפשר לציין את מסלולו של אלקטרון מעופף: זה לא רק חלקיק, אלא גם גל, אינסופי בחלל.

בלילה, כשאין עננים בשמים, הירח אינו נראה ואין אורות בדרך, השמים מתמלאים בכוכבים זוהרים. אין צורך לחפש קבוצות כוכבים מוכרות או לנסות למצוא כוכבי לכת קרובים לכדור הארץ. רק צפו! נסו לדמיין חלל עצום שמלא בעולמות ומשתרע על פני מיליארדי מיליארדי שנות אור. רק בגלל המרחק נראה שהעולמות הם נקודות, ורבים מהם כל כך רחוקים עד שלא ניתן להבחין ביניהם בנפרד ומתמזגים לערפיליות. נראה שאנחנו במרכז היקום. עכשיו אנחנו יודעים שזה לא נכון. דחיית הגיאוצנטריות היא הכשרון הגדול של המדע. נדרש מאמץ רב כדי להבין שכדור הארץ הקטן נע באזור אקראי, לכאורה לא מסומן, של חלל עצום (תרתי משמע!).

אבל החיים נוצרו על פני כדור הארץ. היא התפתחה בצורה כה מוצלחת עד שהצליחה לייצר אדם המסוגל להבין את העולם סביבו, לחפש ולמצוא את החוקים השולטים בטבע. ההישגים של האנושות בהבנת חוקי הטבע כל כך מרשימים שאתה מרגיש גאה בעל כורחו בהשתייכות לקמצוץ האינטליגנציה הזה, שאבד בשולי הגלקסיה הרגילה.

בהתחשב במגוון של כל מה שמקיף אותנו, קיומם של חוקים כלליים הוא מדהים. זה לא פחות מדהים הכל בנוי משלושה סוגי חלקיקים בלבד - אלקטרונים, פרוטונים ונייטרונים.

על מנת, באמצעות חוקי הטבע הבסיסיים, להפיק נקודות צפייה ולחזות תכונות חדשות של חומרים וחפצים שונים, נוצרו תיאוריות מתמטיות מורכבות, שכלל לא קל להבין. אבל ניתן להבין את קווי המתאר של התמונה המדעית של העולם מבלי להזדקק לתיאוריה קפדנית. מטבע הדברים, זה דורש רצון. אבל לא רק זה: גם היכרות מוקדמת תדרוש קצת עבודה. עלינו לנסות להבין עובדות חדשות, תופעות לא מוכרות שבמבט ראשון אינן מתיישבות עם הניסיון הקיים.

הישגי המדע מובילים לעתים קרובות לרעיון ש"שום דבר אינו קדוש" עבורו: מה שהיה נכון אתמול מושלך היום. עם הידע מגיעה הבנה באיזו יראת כבוד המדע מתייחס לכל גרעין של ניסיון מצטבר, באיזו זהירות הוא מתקדם, במיוחד באותם מקרים שבהם יש צורך לנטוש רעיונות מושרשים.

מטרת הסיפור הזה היא להציג את המאפיינים הבסיסיים של המבנה של חומרים אנאורגניים. למרות המגוון האינסופי, המבנה שלהם פשוט יחסית. במיוחד אם אתה משווה אותם עם כל אורגניזם חי, אפילו הפשוט ביותר. אבל יש גם משהו משותף: כל האורגניזמים החיים, כמו חומרים אנאורגניים, בנויים מאלקטרונים, פרוטונים וניוטרונים.

אי אפשר לתפוס את העצומות: כדי להציג, לפחות במונחים כלליים, את המבנה של אורגניזמים חיים, יש צורך בסיפור מיוחד.

מָבוֹא

מגוון הדברים, החפצים - כל מה שאנו משתמשים בו, שמקיף אותנו, הוא עצום. לא רק לפי ייעודם ועיצובם, אלא גם לפי החומרים המשמשים ליצירתם – חומרים, כמו שאומרים, כשאין צורך להדגיש את תפקידם.

חומרים וחומרים נראים מוצקים, וחוש המישוש מאשר את מה שהעיניים רואות. נראה כי אין חריגים. מים זורמים ומתכת מוצקה, כל כך שונים זה מזה, דומים בדבר אחד: גם מתכת וגם מים הם מוצקים. נכון, אפשר להמיס מלח או סוכר במים. הם מוצאים לעצמם מקום במים. כן, ואתה יכול לתקוע מסמר לתוך גוף מוצק, למשל, לתוך לוח עץ. במאמץ ניכר ניתן להשיג שהמקום שנכבש על ידי העץ יתפוס על ידי מסמר ברזל.

אנחנו יודעים היטב: אפשר לשבור חתיכה קטנה מגוף מוצק, אפשר לטחון כמעט כל חומר. לפעמים זה קשה, לפעמים זה קורה באופן ספונטני, ללא השתתפותנו. בואו נדמיין את עצמנו על החוף, על החול. אנו מבינים: גרגר חול רחוק מהחלקיק הקטן ביותר של החומר שממנו מורכב החול. אם תנסו, תוכלו לצמצם את גרגרי החול, למשל, על ידי העברתם דרך גלילים - דרך שני גלילים עשויים מתכת קשה מאוד. ברגע בין הגלילים, גרגר החול נמחץ לחתיכות קטנות יותר. בעיקרו של דבר, כך מייצרים קמח מדגנים בטחנות.

כעת, כשהאטום נכנס בחוזקה לתפיסת העולם שלנו, קשה מאוד לדמיין שאנשים לא ידעו אם תהליך הריסוק מוגבל או שניתן לרסק את החומר ללא הגבלת זמן.

לא ידוע מתי אנשים שאלו את עצמם לראשונה את השאלה הזו. זה תועד לראשונה בכתביהם של פילוסופים יווניים עתיקים. חלקם האמינו שלא משנה כמה חומר קטן, אפשר לחלק אותו לחלקים קטנים עוד יותר – אין גבול. אחרים הביעו את הרעיון שישנם חלקיקים זעירים בלתי ניתנים לחלוקה שמהם הכל מורכב. כדי להדגיש שחלקיקים אלה הם גבול הפיצול, הם קראו להם אטומים (ביוונית עתיקה המילה "אטום" פירושה בלתי ניתן לחלוקה).

יש צורך למנות את אלה שהעלו לראשונה את הרעיון של קיומם של אטומים. אלה הם דמוקריטוס (נולד בסביבות 460 או 470 לפנה"ס, מת בגיל מבוגר מאוד) ואפיקורוס (341-270 לפנה"ס). אז, מדע האטום הוא בן כמעט 2500 שנה. מושג האטומים לא התקבל מיד על ידי כולם. אפילו לפני כ-150 שנה, היו מעט אנשים שהיו בטוחים בקיומם של אטומים, אפילו בקרב מדענים.

העובדה היא שהאטומים קטנים מאוד. לא ניתן לראות אותם לא רק בעין בלתי מזוינת, אלא גם, למשל, במיקרוסקופ שמגדיל פי 1000. בואו נחשוב על זה: מה גודלם של החלקיקים הקטנים ביותר שניתן לראות? לאנשים שונים יש ראייה שונה, אבל כנראה שכולם יסכימו שאי אפשר לראות חלקיק קטן מ-0.1 מילימטר. לכן, אם אתה משתמש במיקרוסקופ, אתה יכול, אם כי בקושי, לראות חלקיקים בגודל של כ-0.0001 מילימטר, או 10 -7 מטר. על ידי השוואת גדלים של אטומים ומרחקים בין-אטומיים (10 -10 מטר) עם האורך שקיבלנו כגבול יכולת הראייה, נבין מדוע כל חומר נראה לנו מוצק.

2500 שנה זה זמן עצום. לא משנה מה קרה בעולם, תמיד היו אנשים שניסו לענות על השאלה איך העולם סביבם עובד. בחלק מהפעמים הבעיות של מבנה העולם דאגו יותר, באחרות - פחות. הולדת המדע במובנו המודרני התרחשה יחסית לאחרונה. מדענים למדו לערוך ניסויים – לשאול שאלות מהטבע ולהבין את תשובותיו, ליצור תיאוריות שמתארות את תוצאות הניסויים. התיאוריות דרשו שיטות מתמטיות קפדניות כדי להגיע למסקנות מהימנות. המדע עבר כברת דרך. בדרך זו, שלפיזיקה החלה לפני כ-400 שנה בעבודתו של גלילאו גליליי (1564-1642), התקבלה כמות אינסופית של מידע על מבנה החומר ותכונותיהם של גופים בעלי אופי שונה, מספר אינסופי של מידע. תופעות שונות התגלו והובנו.

האנושות למדה לא רק להבין את הטבע באופן פסיבי, אלא גם להשתמש בו למטרותיה.

לא נשקול את ההיסטוריה של התפתחות המושגים האטומיים במשך 2500 שנה ואת ההיסטוריה של הפיזיקה ב-400 השנים האחרונות. המשימה שלנו היא לספר כמה שיותר קצר וברור על מה ואיך הכל בנוי – החפצים שסביבנו, גופים ועצמנו.

כפי שכבר צוין, כל החומר מורכב מאלקטרונים, פרוטונים וניוטרונים. אני יודע על זה מאז בית הספר, אבל זה לא מפסיק להדהים אותי שהכל בנוי מחלקיקים משלושה סוגים בלבד! אבל העולם כל כך מגוון! בנוסף, גם האמצעים שבהם משתמש הטבע לביצוע בנייה הם די מונוטוניים.

תיאור עקבי כיצד בנויים סוגים שונים של חומרים הוא מדע מורכב. היא משתמשת במתמטיקה רצינית. יש להדגיש שאין תיאוריה אחרת ופשוטה. אבל העקרונות הפיזיקליים העומדים בבסיס ההבנה של המבנה והתכונות של חומרים, למרות שהם לא טריוויאליים וקשה לדמיין, עדיין ניתנים להבנה. עם הסיפור שלנו ננסה לעזור לכל מי שמתעניין במבנה העולם בו אנו חיים.

שיטה של ​​שברים, או חלוקה והבן

נראה שהדרך הטבעית ביותר להבין כיצד פועל מכשיר מורכב מסוים (צעצוע או מנגנון) היא לפרק אותו ולפרק אותו לחלקיו המרכיבים אותו. אתה רק צריך להיות זהיר מאוד, לזכור כי הקיפול יהיה הרבה יותר קשה. "לשבור זה לא לבנות", אומרת החוכמה העממית. ועוד משהו: אולי אנחנו מבינים ממה מורכב המכשיר, אבל לא סביר שנבין איך הוא עובד. לפעמים אתה צריך לשחרר בורג אחד, וזהו - המכשיר מפסיק לעבוד. זה הכרחי לא כל כך לפרק אלא להבין.

מכיוון שאנחנו לא מדברים על הפירוק הממשי של כל העצמים, הדברים, האורגניזמים סביבנו, אלא על הדמיוני, כלומר על הנפש, ולא על החוויה האמיתית, אז אתה לא צריך לדאוג: אתה לא צריך לאסוף. יתר על כן, בואו לא נחסוך במאמצים שלנו. בואו לא נחשוב אם קשה או קל לפרק את המכשיר לחלקיו המרכיבים אותו. רק שנייה. איך נדע שהגענו לגבול? אולי עם יותר מאמץ נוכל ללכת רחוק יותר? הבה נודה בפני עצמנו: איננו יודעים אם הגענו לגבול. עלינו להשתמש בדעה המקובלת, מתוך הבנה שזה לא טיעון אמין במיוחד. אבל אם אתה זוכר שזו רק דעה מקובלת, ולא האמת הסופית, אז הסכנה קטנה.

מקובל כיום שהחלקים מהם בנוי הכל הם חלקיקים יסודיים. וזה לא הכל. לאחר שהסתכלנו בספר העיון המתאים, נשתכנע: ישנם יותר משלוש מאות חלקיקים יסודיים. ריבוי החלקיקים היסודיים גרם לנו לחשוב על אפשרות קיומם של חלקיקים תת-אלמנטריים – חלקיקים המרכיבים את החלקיקים היסודיים עצמם. כך נוצר רעיון הקווארקים. יש להם את הנכס המדהים שהם כנראה לא קיימים במדינה חופשית. יש די הרבה קווארקים - שישה, ולכל אחד יש אנטי-חלקיק משלו. אולי המסע אל מעמקי החומר לא הסתיים.

לסיפור שלנו, שפע החלקיקים היסודיים וקיומם של תת-יסודיים אינו חשוב. אלקטרונים, פרוטונים וניטרונים מעורבים ישירות בבניית חומרים – הכל בנוי רק מהם.

לפני שנדון בתכונות של חלקיקים אמיתיים, בואו נחשוב מה היינו רוצים לראות את החלקים שמהם הכל בנוי. בכל הנוגע למה שהיינו רוצים לראות, כמובן, עלינו לקחת בחשבון את מגוון ההשקפות. בואו נבחר כמה תכונות שנראות חובה.

ראשית, חלקיקים אלמנטריים חייבים להיות בעלי יכולת שילוב למבנים שונים.

שנית, הייתי רוצה לחשוב שחלקיקים אלמנטריים הם בלתי ניתנים להריסה. לדעת איזו היסטוריה ארוכה יש לעולם, קשה לדמיין שהחלקיקים מהם הוא מורכב בני תמותה.

שלישית, הייתי רוצה שלא יהיו יותר מדי פרטים. בהסתכלות על אבני בניין, אנו רואים כמה מבנים שונים ניתן ליצור מאותם אלמנטים.

בהיכרות עם אלקטרונים, פרוטונים וניוטרונים, נראה שתכונותיהם אינן סותרות את רצוננו, והרצון לפשטות תואם ללא ספק את העובדה שרק שלושה סוגים של חלקיקים אלמנטריים לוקחים חלק במבנה של כל החומרים.

אלקטרונים, פרוטונים, נייטרונים

הבה נציג את המאפיינים החשובים ביותר של אלקטרונים, פרוטונים ונויטרונים. הם נאספים בטבלה 1.

גודל המטען נתון בקולומבים, המסה בקילוגרמים (יחידות SI); המילים "ספין" ו"סטטיסטיקה" יוסברו להלן.

בואו נשים לב להבדל במסת החלקיקים: פרוטונים וניוטרונים כבדים כמעט פי 2000 מאלקטרונים. כתוצאה מכך, המסה של כל גוף נקבעת כמעט לחלוטין על ידי מסת הפרוטונים והנייטרונים.

הנייטרון, כפי ששמו מרמז, הוא ניטרלי - המטען שלו אפס. ולפרוטון ואלקטרון יש מטענים באותו גודל, אבל מנוגדים בסימן. אלקטרון טעון שלילי ופרוטון טעון חיובי.

בין המאפיינים של חלקיקים, אין מאפיין חשוב לכאורה - גודלם. תיאור המבנה של אטומים ומולקולות, אלקטרונים, פרוטונים ונויטרונים יכולים להיחשב לנקודות חומריות. את הגדלים של הפרוטון והנייטרון יהיה צורך לזכור רק כאשר מתארים גרעיני אטום. אפילו בהשוואה לגודלם של אטומים, הפרוטונים והנייטרונים קטנים להפליא (בסדר גודל של 10 -16 מטרים).

בעיקרו של דבר, הקטע הקצר הזה מסתכם בהצגת אלקטרונים, פרוטונים וניוטרונים כאבני הבניין של כל הגופים בטבע. אנחנו יכולים פשוט להגביל את עצמנו לטבלה 1, אבל אנחנו צריכים להבין איך אלקטרונים, פרוטונים וניוטרונים הבנייה מתבצעת, מה גורם לחלקיקים להתאחד למבנים מורכבים יותר ומהם המבנים הללו.

ATOM הוא הפשוט ביותר מבין המבנים המורכבים

יש הרבה אטומים. התברר שצריך ואפשר לסדר אותם בצורה מיוחדת. הסדר מאפשר להדגיש את ההבדלים והדמיון של אטומים. הסידור הסביר של האטומים הוא הכשרון של D.I. מנדלייב (1834-1907), שניסח את החוק התקופתי הנושא את שמו. אם נתעלם זמנית מקיומן של תקופות, העיקרון של סידור היסודות הוא פשוט ביותר: הם מסודרים ברצף לפי משקל האטומים. הקל ביותר הוא אטום המימן. האטום הטבעי האחרון (שלא נוצר באופן מלאכותי) הוא אטום האורניום, שכבד יותר מפי 200.

הבנת מבנה האטומים הסבירה את נוכחות המחזוריות בתכונות היסודות.

ממש בתחילת המאה ה-20, E. Rutherford (1871-1937) הראה באופן משכנע שכמעט כל המסה של האטום מרוכזת בגרעין שלו - אזור קטן (אפילו בהשוואה לאטום) במרחב: רדיוס הגרעין קטן בערך פי 100 אלף מגודל האטום. כאשר רתרפורד ביצע את הניסויים שלו, הנייטרון עדיין לא התגלה. עם גילוי הנייטרון הובנה שגרעינים מורכבים מפרוטונים ונייטרונים, וטבעי לחשוב על אטום כעל גרעין מוקף באלקטרונים, שמספרם שווה למספר הפרוטונים בגרעין - לאחר הכל, האטום בכללותו הוא ניטרלי. פרוטונים וניטרונים, כחומר הבניין של הגרעין, קיבלו שם נפוץ - נוקלונים (מלטינית גרעין -הליבה). זה השם בו נשתמש.

מספר הנוקלונים בגרעין מסומן בדרך כלל באות א. זה ברור A = N + Z, איפה נהוא מספר הנייטרונים בגרעין, ו ז- מספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים באטום. מִספָּר אנקרא מסה אטומית, ו Z-מספר אטומי. אטומים בעלי אותו מספר אטומי נקראים איזוטופים: בטבלה המחזורית הם נמצאים באותו תא (ביוונית איזוס -לְהִשְׁתַווֹת , טופוס -מָקוֹם). העובדה היא שהתכונות הכימיות של איזוטופים כמעט זהות. אם תבחן את הטבלה המחזורית בקפידה, אתה יכול להיות משוכנע שבמהדרין, סידור היסודות אינו מתאים למסה האטומית, אלא למספר אטומי. אם יש בערך 100 יסודות, אז יש יותר מ-2000 איזוטופים נכון, רבים מהם אינם יציבים, כלומר רדיואקטיביים (מהלטינית רָדִיוֹ- אני מקרין, פעיל- פעיל), הם מתפוררים, פולטים קרינות שונות.

הניסויים של רתרפורד לא רק הובילו לגילוי גרעיני אטום, אלא גם הראו שאותם כוחות אלקטרוסטטיים פועלים באטום, הדוחים גופים טעונים באופן דומה זה מזה ומושכים זה לזה גופים בעלי מטען שונה (לדוגמה, כדורי אלקטרוסקופ).

האטום יציב. כתוצאה מכך, האלקטרונים באטום נעים סביב הגרעין: הכוח הצנטריפוגלי מפצה על כוח המשיכה. הבנה זו הובילה ליצירת מודל פלנטרי של האטום, שבו הגרעין הוא השמש והאלקטרונים הם כוכבי הלכת (מנקודת מבט של הפיזיקה הקלאסית, המודל הפלנטרי אינו עקבי, אבל עוד על כך בהמשך).

ישנן מספר דרכים להעריך את גודלו של אטום. הערכות שונות מובילות לתוצאות דומות: גדלים של אטומים, כמובן, שונים, אך שווים בקירוב לכמה עשיריות ננומטר (1 ננומטר = 10 -9 מ').

הבה נבחן תחילה את מערכת האלקטרונים של אטום.

במערכת השמש, כוכבי לכת נמשכים לשמש על ידי כוח הכבידה. כוח אלקטרוסטטי פועל באטום. הוא נקרא לעתים קרובות קולומב לכבודו של צ'ארלס אוגוסטין קולומב (1736-1806), שקבע שכוח האינטראקציה בין שני מטענים הוא ביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם. העובדה ששני אישומים ש 1 ו ש 2 למשוך או להדוף בכוח השווה ל וג =ש 1 ש 2 /ר 2 , איפה ר- המרחק בין מטענים נקרא "חוק קולומב". אינדקס " עִם"מוקצה לכוח ובאות הראשונה של שם המשפחה של קולומב (בצרפתית קולומב). בין ההצהרות המגוונות ביותר, יש מעטים המכונים בצדק חוק כמו חוק קולומב: אחרי הכל, היקף תחולתו הוא כמעט בלתי מוגבל. גופים טעונים, לא משנה מה גודלם, כמו גם חלקיקים טעונים אטומיים ואפילו תת-אטומיים - כולם מושכים או דוחים בהתאם לחוק קולומב.

תגלית על כוח המשיכה

אדם מתוודע לכוח המשיכה בילדות המוקדמת. בנפילה, הוא לומד לכבד את כוח הכבידה כלפי כדור הארץ. היכרות עם תנועה מואצת מתחילה בדרך כלל בחקר נפילה חופשית של גופים – תנועת גוף בהשפעת כוח הכבידה.

בין שני גופים של מסה מ 1 ו מ 2 פעולות כוח ו N=- GM 1 מ 2 /ר 2 . כָּאן ר- מרחק בין גופים, G-קבוע כבידה שווה ל-6.67259.10 -11 מ' 3 ק"ג -1 ש' -2 , המדד "N" ניתן לכבוד ניוטון (1643 - 1727). ביטוי זה נקרא חוק הכבידה האוניברסלית, המדגיש את טבעו האוניברסלי. כּוֹחַ ונ קובע את תנועת הגלקסיות, גרמי השמיים ונפילת עצמים לכדור הארץ. חוק הכבידה האוניברסלית תקף בכל מרחק בין גופים. לא נזכיר את השינויים בתמונת הכבידה שהציגה תורת היחסות הכללית של איינשטיין (1879-1955).

גם הכוח האלקטרוסטטי של קולומב וגם הכוח הניוטוני של הכבידה האוניברסלית זהים (כמו 1/ ר 2) ירידה עם הגדלת המרחק בין הגופים. זה מאפשר לך להשוות את פעולת שני הכוחות בכל מרחק בין הגופים. אם משווים את כוח דחיית הקולומב של שני פרוטונים בגודלו עם כוח המשיכה הכבידה שלהם, מתברר ש ולא/ ו C= 10 -36 (ש 1 =ש 2 = ה p ; מ 1 = =מ 2 =מ p). לכן, כוח הכבידה אינו ממלא תפקיד משמעותי במבנה האטום: הוא קטן מדי בהשוואה לכוח האלקטרוסטטי.

איתור מטענים חשמליים ומדידת האינטראקציות ביניהם אינו קשה. אם הכוח החשמלי כל כך גדול, אז למה זה לא חשוב כשנגיד נופלים, קופצים, זורקים כדור? כי ברוב המקרים עסקינן בגופים ניטרליים (לא טעונים). תמיד יש הרבה חלקיקים טעונים (אלקטרונים, יונים של סימנים שונים) בחלל. בהשפעת כוח אטרקטיבי עצום (בקנה מידה אטומי) שנוצר על ידי גוף טעון, חלקיקים טעונים ממהרים למקורו, נדבקים לגוף ומנטרלים את מטעןו.

גל או חלקיק? גם גל וגם חלקיק!

קשה מאוד לדבר על חלקיקים תת-אטומיים אטומיים ואפילו קטנים יותר, בעיקר בגלל שלתכונות שלהם אין אנלוגים בחיי היומיום שלנו. אפשר לחשוב שזה יהיה נוח לחשוב על החלקיקים המרכיבים אטומים כל כך קטנים כנקודות חומריות. אבל הכל התברר כהרבה יותר מסובך.

חלקיק וגל... נראה שאפילו השוואה היא חסרת טעם, הם כל כך שונים.

כנראה, כשאתה חושב על גל, אתה קודם כל מדמיין פני ים מתפתלים. גלים מגיעים אל החוף מהים הפתוח אורכי הגל - המרחקים בין שתי פסגות עוקבות - יכולים להיות שונים. קל לראות גלים באורך בסדר גודל של כמה מטרים. במהלך גלים, מסת המים רוטטת כמובן. הגל מכסה שטח משמעותי.

הגל הוא תקופתי בזמן ובמרחב. אורך גל ( λ ) הוא מדד למחזוריות מרחבית. המחזוריות של תנועת הגלים בזמן נראית בתדירות הגעת פסגות הגלים לחוף, וניתן לזהות אותה, למשל, על ידי תנודה של ציפה למעלה ולמטה. הבה נסמן את תקופת תנועת הגל - הזמן שבו חולף גל אחד - באות ט. ההדדיות של התקופה נקראת תדר ν = 1/T. לגלים הפשוטים ביותר (הרמוניים) יש תדר מסוים שאינו משתנה עם הזמן. כל תנועת גל מורכבת יכולה להיות מיוצגת כקבוצה של גלים פשוטים (ראה "מדע וחיים" מס' 11, 2001). למהדרין, גל פשוט תופס מקום אינסופי וקיים לאין שיעור. חלקיק, כפי שאנו מדמיינים אותו, וגל הם שונים לחלוטין.

מאז תקופת ניוטון, יש ויכוח על טבעו של האור. מה זה אור הוא אוסף של חלקיקים (גופיות, מלטינית קורפוסקולום- גוף קטן) או גלים? תיאוריות התחרו במשך זמן רב. תיאוריית הגלים ניצחה: התיאוריה הגופנית לא הצליחה להסביר את העובדות הניסיוניות (הפרעה ודיפרקציה של אור). תורת הגלים התמודדה בקלות עם התפשטות ישר של קרן אור. תפקיד חשוב היה בעובדה שאורך גלי האור לפי מושגים יומיומיים הוא קטן מאוד: טווח אורכי הגל של האור הנראה הוא בין 380 ל-760 ננומטר. הגלים האלקטרומגנטיים הקצרים יותר הם אולטרה סגול, קרני רנטגן וקרני גמא, והארוכים יותר הם אינפרא אדום, מילימטר, סנטימטר וכל שאר גלי הרדיו.

עד סוף המאה ה-19, ניצחונה של תיאוריית הגלים של האור על התיאוריה הגופנית נראה סופי ובלתי הפיך. עם זאת, המאה העשרים עשתה התאמות רציניות. זה נראה כמו אור או גלים או חלקיקים. התברר - גם גלים וגם חלקיקים. עבור חלקיקי אור, על הכמות שלו, כמו שאומרים, נטבעה מילה מיוחדת - "פוטון". המילה "קוונטי" באה מהמילה הלטינית קוונטי- כמה, ו"פוטון" - מהמילה היוונית תמונות -אוֹר. למילים המציינות את שמות החלקיקים ברוב המקרים יש את הסוף הוּא. באופן מפתיע, בניסויים מסוימים האור מתנהג כמו גלים, בעוד שבאחרים הוא מתנהג כמו זרם של חלקיקים. בהדרגה, ניתן היה לבנות תיאוריה שניבאה כיצד יתנהג האור באיזה ניסוי. כיום התיאוריה הזו מקובלת על כולם ההתנהגות השונה של האור כבר לא מפתיעה.

הצעדים הראשונים תמיד קשים במיוחד. הייתי צריך לצאת נגד הדעה המבוססת במדע ולהשמיע הצהרות שנראו כמו כפירה. מדענים אמיתיים באמת מאמינים בתיאוריה שבה הם משתמשים כדי לתאר את התופעות שהם צופים. קשה מאוד לזנוח תיאוריה מקובלת. הצעדים הראשונים נעשו על ידי מקס פלאנק (1858-1947) ואלברט איינשטיין (1879-1955).

לפי פלאנק - איינשטיין, במנות נפרדות, קוונטות, האור נפלט ונבלע בחומר. האנרגיה שנושא פוטון פרופורציונלית לתדר שלו: ה = חν. גורם מידתיות חנקרא הקבוע של פלאנק לכבוד הפיזיקאי הגרמני שהכניס אותו לתורת הקרינה ב-1900. וכבר בשליש הראשון של המאה ה-20 התברר שהקבוע של פלאנק הוא אחד הקבועים העולמיים החשובים ביותר. באופן טבעי, זה נמדד בקפידה: ח= 6.6260755.10 -34 J.s.

האם קוונטי של אור הוא הרבה או מעט? תדירות האור הנראה היא בערך 10 14 s -1. נזכיר: התדירות ואורך הגל של האור קשורים בקשר ν = ג/λ, איפה עִם= 299792458.10 10 m/s (בדיוק) - מהירות האור בוואקום. אנרגיה קוונטית חν, כפי שקל לראות, הוא בערך 10 -18 J. בשל אנרגיה זו, ניתן להעלות מסה של 10 -13 גרם לגובה של 1 סנטימטר. בקנה מידה אנושי, הוא קטן להפליא. אבל זו מסה של 10 14 אלקטרונים. במיקרוקוסמוס קנה המידה שונה לחלוטין! כמובן, אדם לא יכול להרגיש מסה של 10 -13 גרם, אבל העין האנושית כל כך רגישה שהיא יכולה לראות כמויות בודדות של אור - זה אושר על ידי סדרה של ניסויים עדינים. בתנאים רגילים, אדם אינו מבחין ב"גרגר" האור, תופס אותו כזרם מתמשך.

בידיעה שלאור יש גם אופי גופני וגם גל, קל יותר לדמיין שלחלקיקים "אמיתיים" יש גם תכונות גל. מחשבה כפירה זו הובעה לראשונה על ידי לואי דה ברולי (1892-1987). הוא לא ניסה לברר מה אופי הגל, שאת מאפייניו חזה. לפי התיאוריה שלו, חלקיק בעל מסה מ, עף במהירות v, מתאים לגל עם אורך גל l = hmvותדירות ν = ה/ח, איפה ה = mv 2/2 - אנרגיית חלקיקים.

התפתחות נוספת של הפיזיקה האטומית הובילה להבנת טבעם של הגלים המתארים את תנועתם של חלקיקים אטומיים ותת-אטומיים. צמח מדע שנקרא "מכניקת קוונטים" (בשנים הראשונות היא נקראה לעתים קרובות יותר מכניקת גלים).

מכניקת הקוונטים חלה על תנועה של חלקיקים מיקרוסקופיים. כאשר בוחנים את התנועה של גופים רגילים (לדוגמה, כל חלק של מנגנונים), אין טעם לקחת בחשבון תיקונים קוונטיים (תיקונים עקב תכונות הגל של החומר).

אחד הביטויים של תנועת הגל של חלקיקים הוא היעדר המסלול שלהם. כדי שמסלול יתקיים, יש צורך שבכל רגע של זמן לחלקיק תהיה קואורדינטה מסוימת ומהירות מסוימת. אבל זה בדיוק מה שאסור על ידי מכניקת הקוונטים: לחלקיק לא יכול להיות בו זמנית ערך קואורדינטה מסוים X , וערך מהירות מסוים v . אי הוודאות שלהם Dx ו Dv קשור בקשר אי הוודאות שהתגלה על ידי ורנר הייזנברג (1901-1974): D X ד, איפה מ v ~ h/m היא המסה של החלקיק, וח- קבוע של פלאנק. הקבוע של פלאנק נקרא לעתים קרובות הקוונטים האוניברסלי של "פעולה". מבלי לציין את המונחפְּעוּלָה , שימו לב לכינויאוּנִיבֶרְסָלִי

. הוא מדגיש שיחס אי הוודאות תקף תמיד. בהכרת תנאי התנועה ומסת החלקיק, ניתן להעריך מתי יש צורך לקחת בחשבון את חוקי התנועה הקוונטים (במילים אחרות, כאשר לא ניתן להזניח את תכונות הגל של החלקיקים והשלכתם - יחסי אי הוודאות). , ומתי אפשר בהחלט להשתמש בחוקי התנועה הקלאסיים. נדגיש: אם זה אפשרי, אז זה הכרחי, שכן מכניקה קלאסית פשוטה משמעותית ממכניקת הקוונטים. שימו לב שהקבוע של פלאנק מחולק במסה (הם כלולים בשילוביםשע'/מ'

). ככל שהמסה גדולה יותר, תפקידם של חוקי הקוונטים קטן יותר. קשור בקשר אי הוודאות שהתגלה על ידי ורנר הייזנברג (1901-1974): Dכדי להרגיש מתי בהחלט ניתן להזניח תכונות קוונטיות, ננסה להעריך את ערכי אי הוודאות D vו-D קשור בקשר אי הוודאות שהתגלה על ידי ורנר הייזנברג (1901-1974): Dכדי להרגיש מתי בהחלט ניתן להזניח תכונות קוונטיות, ננסה להעריך את ערכי אי הוודאות D v. אם ד

זניחים בהשוואה לערכים הממוצעים (הקלאסיים), הנוסחאות של המכניקה הקלאסית מתארות בצורה מושלמת את התנועה אם הן לא קטנות, יש צורך להשתמש במכניקת הקוונטים. אין זה הגיוני לקחת בחשבון אי ודאות קוונטית גם כאשר סיבות אחרות (במסגרת המכניקה הקלאסית) מובילות לאי ודאות גדולה יותר מיחס הייזנברג.

בואו נסתכל על דוגמה אחת. בהתחשב בכך שאנו רוצים להראות את האפשרות להשתמש במכניקה קלאסית, קחו בחשבון "חלקיק" שהמסה שלו היא 1 גרם וגודלו הוא 0.1 מילימטר. בקנה מידה אנושי, זהו גרגר, חלקיק קל וקטן. אבל הוא כבד פי 10 פי 24 מפרוטון ופי מיליון גדול מאטום!

תן לטמפרטורת המימן להיות 300 K (אנחנו תמיד מודדים טמפרטורה בקנה מידה מוחלט, בסולם קלווין; 300 K = 27 o C). הכפלת הטמפרטורה בקלווין בקבוע של בולצמן ק B = 1.381.10 -16 J/K, נבטא אותו ביחידות אנרגיה. ניתן לחשב את השינוי במהירות של גרגר באמצעות חוק שימור המומנטום. עם כל התנגשות של גרגר עם מולקולת מימן, מהירותו משתנה בכ-10 -18 ס"מ לשנייה. השינוי מתרחש באופן אקראי לחלוטין ובכיוון אקראי. לכן, טבעי לשקול את הערך של 10 -18 ס"מ/שניה כמדד לאי הוודאות הקלאסית של מהירות התבואה (D v) cl למקרה זה. אז, (ד v) מחלקה = 10 -18 ס"מ לשנייה. כנראה שקשה מאוד לקבוע את מיקומו של גרגר עם דיוק גדול מ-0.1 מגודלו. הבה נקבל (ד קשור בקשר אי הוודאות שהתגלה על ידי ורנר הייזנברג (1901-1974): D) cl = 10 -3 ס"מ לבסוף, (D קשור בקשר אי הוודאות שהתגלה על ידי ורנר הייזנברג (1901-1974): D) כיתה (ד v) cl = 10 -3 .10 -18 = 10 -21 . זה נראה ערך קטן מאוד. בכל מקרה, אי הוודאות במהירות ובמיקום כל כך קטנים עד שניתן לשקול את התנועה הממוצעת של הגרגר. אבל בהשוואה לאי הוודאות הקוונטית המוכתבת על ידי היחס של הייזנברג (D קשור בקשר אי הוודאות שהתגלה על ידי ורנר הייזנברג (1901-1974): D X v= 10 -27), ההטרוגניות הקלאסית היא עצומה - במקרה זה היא עולה עליה פי מיליון.

מסקנה: כאשר בוחנים את התנועה של גרגר, אין צורך לקחת בחשבון את תכונות הגל שלו, כלומר, קיומה של אי ודאות קוונטית של קואורדינטות ומהירות. בכל הנוגע לתנועה של חלקיקים אטומיים ותת-אטומיים, המצב משתנה באופן דרמטי.