Заглавная страница
Избранные статьи
Случайная статья
Познавательные статьи
Новые добавления
Обратная связь

ТОП 10 на сайте

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Техника нижней прямой подачи мяча.

Франко-прусская война (причины и последствия)

Организация работы процедурного кабинета

Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний

Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Обработка изделий медицинского назначения многократного применения

Образцы текста публицистического стиля

Четыре типа изменения баланса

Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву

Мы поможем в написании ваших работ!

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Влияние общества на человека

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Практические работы по географии для 6 класса

Организация работы процедурного кабинета

Изменения в неживой природе осенью

Уборка процедурного кабинета

Сольфеджио. Все правила по сольфеджио

Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ

Глава 27. Современная Физическая Картина Мира

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Глава 27. Современная Физическая Картина Мира

Атомно-молекулярное строение вещества. Вещество и поле

Под термином «физическая картина мира» понимают представление о природе, исходящем из общих физических принципов.

В основе античной физической картины мира лежала атомистика (учение о прерывистом строении материи).

Идея (греческое слово idea означает «понятие, представление») дискретности строения материи зародилось в 6-5 вв. до н. э. в Индии (философ Канада) и в 5-4 вв. до н. э. в Греции (Демокрит из Абдер).

Демокрит признавал два первоначала: атомы и пустоту.

Атомы вечны, неделимы (греческое слово atomos означает «неразделимый»), невидимы, не имеют протяженности, находятся в непрерывном движении; их сочетания образуют все протяженные предметы.

Различие в числе, массе, скорости движения и взаимном расположении считалось причиной всего многообразия мира.

Однако глубокое развитие и обоснование эта идея получила лишь в 19 в. И стала научно обоснованным фактом в результате экспериментального доказательства молекул (как правило, атомы не существуют в свободном виде и образуют молекулы).

В начале 20 в. физики поставили вопрос: имеет ли атом внутреннюю структуру и как распределяется материя внутри атома? В результате опытов под руководством английского физика Э. Резерфорда появилась ядерная модель атома. Согласно ей атомы практически пусты. Почти вся масса атома (более 99%) сосредоточена в ядре. Атомное ядро окружено облаком электронов. Ядро состоит из нуклонов. Дискретность материи оказалась многоступенчатой

Современная атомистика считает материю не только дискретной, но и непрерывной. Вещество и поле – два фундаментальных понятия, обозначающих два вида материи на макроскопическом уровне. Вещество – совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя. Поле – вид материи, осуществляющий взаимодействие между частицами вещества, характеризующийся непрерывностью и имеющий нулевую массу покоя.

Рис. 58.1. Многоступенчатость дискретной материи

Но на микроскопическом уровне уже неправомерно различать вещество и поле по наличию или отсутствию массы покоя, т. к. нуклонные, мезонные и другие поля обладают массой покоя. Поля и частицы выступают как две неразрывные стороны микромира, как выражение единства корпускулярных (дискретных) и волновых (непрерывных) свойств микрообъектов.

Элементарные частицы

Элементарными частицами называются мельчайшие известные в настоящее время частицы материи.

Характерной особенностью элементарных частиц является их способность к превращениям.

Всего вместе с античастицами открыто около 350 элементарных частиц и их число продолжает расти. Большинство элементарных частиц нестабильно – они спонтанно превращаются в другие частицы. Стабильными являются: фотон, электрон, все виды нейтрино и их античастицы. В последнее время возникло сомнение в абсолютной стабильности протона.

Для того чтобы объяснить свойства и поведение элементарных частиц, их приходится наделять кроме массы, электрического заряда и спина еще рядом дополнительных характерных для них величин (квантовых чисел).

В многообразии элементарных частиц, известных к настоящему времени, обнаруживается более или менее стройная система классификации. В табл. 58.1 представлены некоторые сведения о свойствах элементарных частиц со временем жизни более 10^–20 с.

Из многих свойств, характеризующих элементарную частицу, в таблице указаны только масса частицы (в электронных массах), электрический заряд (в единицах элементарного заряда) и момент импульса (так называемый спин) в единицах постоянной Планка ħ = h / 2π.

В таблице 59.1 указано также среднее время жизни частицы.

Группы

Название частицы

Символ

Электрический заряд

Спин

Время жизни (с)

Части-ца

Античасти-ца

Фотоны

Фотон

Стабилен

Лептоны

Нейтрино электрон-ное

ν_e

1 / 2

Стабильно

Нейтрино мюонное

ν_μ

1 / 2

Стабильно

Электрон

e^–

e⁺

–1 1

1 / 2

Стабилен

Мю-мезон

μ^–

μ⁺

206,8

–1 1

1 / 2

2,2∙10^–6

Адроны

Мезоны

Пи-мезоны

π⁰

264,1

0,87∙10^–16

π⁺

π^–

273,1

1 –1

2,6∙10^–8

К-мезоны

K⁺

K^–

966,4

1 –1

1,24∙10^–8

K ⁰

974,1

≈ 10^–10–10^–8

Эта-нуль-мезон

η⁰

1074

≈ 10^–18

Барионы

Протон

1836,1

1 –1

1 / 2

Стабилен

Нейтрон

1838,6

1 / 2

898

Лямбда-гипе-рон

Λ⁰

2183,1

1 / 2

2,63∙10^–10

Сигма-гипероны

Σ⁺

2327,6

1 –1

1 / 2

0,8∙10^–10

Σ⁰

2333,6

1 / 2

7,4∙10^–20

Σ^–

2343,1

–1 1

1 / 2

1,48∙10^–10

Кси-гипероны

Ξ⁰

2572,8

1 / 2

2,9∙10^–10

Ξ^–

2585,6

–1 1

1 / 2

1,64∙10^–10

Омега-минус-гиперон

Ω^–

3273

–1 1

1 / 2

0,82∙10^–11

Элементарные частицы обычно подразделяются на три группы: фотоны, лептоны и адроны.

К группе фотонов относится единственная частица – фотон, которая является носителем электромагнитного взаимодейст-вия.

Следующая группа состоит из легких частиц – лептонов.

В эту группу входят два сорта нейтрино (электронное и мюонное), электрон и μ-мезон.

К лептонам относятся еще ряд частиц, не указанных в таблице. Все лептоны имеют спин ½.

Третью большую группу составляют тяжелые частицы, называемые адронами.

Эта группа делится на две части. Более легкие частицы составляют подгруппу мезонов.

Наиболее легкие из них – положительно и отрицательно заряженные, а также нейтральные π-мезоны с массами порядка 250 электронных масс (табл. 6.9.1).

Пионы являются квантами ядерного поля, подобно тому, как фотоны являются квантами электромагнитного поля.

В эту подгруппу входят также четыре K-мезона и один η⁰-мезон. Все мезоны имеют спин, равный нулю.

Вторая подгруппа – барионы – включает более тяжелые частицы. Она является наиболее обширной.

Самыми легкими из барионов являются нуклоны – протоны и нейтроны.

За ними следуют так называемые гипероны. Замыкает таблицу омега-минус-гиперон, открытый в 1964 г. Это тяжелая частица с массой в 3273 электронных масс. Все барионы имеют спин ½.

Обилие открытых и вновь открываемых адронов навела ученых на мысль, что все они построены из каких-то других более фундаментальных частиц.

В 1964 г. американскими физиками М. Гелл-Маном и независимо от него Джорджем Цвейгом была выдвинута гипотеза, подтвержденная последующими исследованиями, что все тяжелые частицы – адроны – построены из более фундаментальных частиц, названных кварками.

На основе кварковой гипотезы не только была понята структура уже известных адронов, но и предсказано существование новых. Теория Гелл-Мана предполагала существование трех кварков и трех антикварков, соединяющихся между собой в различных комбинациях. Этим частицам приписывают дробные квантовые числа, в частности, электрический заряд, равный +2/3,-1/3, -1/3 соответственно для каждого из трех кварков.

Кварки обычно обозначают буквами u (от английского слова up, что означает вверх), d (down- вниз), s (strange - странный). Кроме кварков рассматриваются антикварки.

Так, каждый барион состоит из трех кварков,

Глава 27. Современная Физическая Картина Мира