Диссертация (971979), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Если к ним добавить фотоны, атакже нейтрино и антинейтрино, рождающиеся в атомных и ядерныхпревращениях, то мы практически исчерпаем все те “элементарные” частицы,которые существуют в природе в свободном или слабо связанном состоянии.И вот теперь попытайтесь философски ответить на вопрос: “Из чего состоитокружающий нас мир?”То есть попытайтесь в физике подняться на самый высокий познавательныйуровень - философский, когда требуется использовать методологические приемыпознавательной деятельности, ведущие нас от частных проблем о строении атомак общим философским - о строении материи.Студент.
Из атомов и его структурных частиц, которые могут существоватьи в свободном состоянии. При этом я понимаю, что структурные частицы атомасами структурны. Сейчас известно, что нуклоны состоят из кварков. Может бытьи кварки тоже структурны.Преподаватель.
И все-таки ответ не философский. Чтобы направить вас вправильное русло, обращу внимание на следующее. Долгое время биологовполностью устраивал ответ: живое вещество состоит из клеток. Позже сталиговорить: живое вещество состоит из белков, а белки - из аминокислот,аминокислоты из атомов и молекул. Микробиологи интересуются, из какихатомов или молекул построены те или иные белки. Химика, как правило,228интересует, из каких молекул состоит вещество, реже - из каких атомов.
Физикане всегда интересует, из чего и как построены атомы или молекулы. Например,физика твердого тела больше волнуют вопросы, связанные с поведением целыхмолекул и атомов, чем углубление в структуру этих частиц. Так вот можно ли втаком случае избежать субъективизма при ответе на вопрос “Из чего состоит?”или он всегда носит специализированный характер?Давайте дадим возможность еще раз проявить себя экспертной группе.Эксперты. Вопрос “Из чего состоит?”, по сути дела, означает: как собрано,соединено, а следовательно, на что можно разложить? Но чтобы разложитьсистему на составные части, необходимо приложить энергию. Что, например,делает химик? Он, как правило, растворяет, иногда при этом нагревает.
Энергия,которую он расходует в расчете на одну частицу, сравнительно мала. Поэтому онможет разъединить только наиболее слабые связи. Это связи между молекулами.Поэтому для химика тела состоят из молекул. Иногда, правда, и на уровне химииэто не так. Если погрузить поваренную соль Na Cl в воду, то растворениесопровождается электролитической диссоциацией - распадом молекулы на атомыили точнее ионы.
Физик имеет возможность приложить к отдельной частицебольшую энергию, которая позволяет определять структуру атома, ядра и дажеотдельных частиц, например нуклонов.Таким образом, мы убеждаемся, что понятие структурной единицывещества относительно. Эти частицы различаются в зависимости от того, какойэнергией мы располагаем, чтобы произошла диссоциация, распад.Преподаватель. По существу вы изложили так называемый “методосколков”. Под воздействием той или иной энергии мы разбиваем объект на частии уверены, что если сложить осколки, то получится правильное представление отом, из чего состоит целое. Этот метод не вызывает у вас недоверие? Или он вопределенном смысле очевиден?Эксперты.
Естественно, если система разбивается на те или иные“осколки”, то они и являются структурными частицами на том уровне, на котороммы изучаем объект.229Преподаватель. Я согласен, что это уже философский ответ, но попробуемв нем разобраться поглубже.Начнем с того, что действительно у физики есть средства и методыразделения структурных образований на их составные части. Они, ускорив какуюлибо частицу - “снаряд” и попав ею в изучаемый атом, могут отделять от негоэлектроны, разделять на части ядро и т.д.Но ведь попадание частицы - снаряда может привести не к ионизации атома- отрыву электрона, а к его возбуждению.
Возникший возбужденный атомстремиться перейти в состояние с меньшей энергией. Как правило, он достигаетэтого, испустив лишнюю энергию в виде фотона. Значит ли это, чтовозбужденный атом состоит из световой волны и всего остального?Студент. Конечно нет! Фотон был создан в момент превращениявозбужденного атома в атом, находящийся в основном состоянии.Преподаватель. Правильно, но тогда мы приходим к другим философскимвыводам, чем наши эксперты, которыевозвели “метод осколков” в абсолют!Оказалось, что атом может распадаться на то, из чего он не состоит.Действительно,какможетволна,длинакоторой,скажем,сантиметр,“поместиться” в атоме, размер которого только 10-10 м?Иногда после попадания частицы - снаряда непосредственно в ядро онотоже возбуждается.
Затем, как и атом, ядро излучает. При этом характеризлучения может быть различен. Иногда это протоны, иногда - нейтроны, иногда-кванты. А иногда это электроны или позитроны, пионы или другие частицы. Вконечном счете физики приходят к фундаментальному открытию: основныесвойства элементарных частиц - способность претерпевать самые различныевзаимопревращения, которые управляются по существу тремя фундаментальнымивзаимодействиями: сильным, электромагнитным и слабым.Таким образом, в процессе установления сложной структуры атома и егоядра развивалась на научной основе чисто умозрительная идея о существованиинебольшого числа первичных, неделимых далее микрообъектов. Но к настоящемувремени обнаружилось, что элементарные частицы отнюдь не являются230неделимыми сущностями - все они при определенных условиях способныпревращаться друг в друга, хотя конечные частицы и не содержаться внутриначальных!Кардинальный вопрос о существовании в природе истинно элементарныхчастиц не снят с повестки дня.
В принципе ответ на этот вопрос может быть иотрицательным, а именно не исключено, что материя устроена подобно“бесконечной матрешке”. С другой стороны, не исключена и возможность, чтоутверждения типа “объект состоит из таких-то частей” на какой-то стадииизучения материи потеряют смысл.Вот мы с вами и завершили еще одно восхождение в физике: от структурыатома до структуры материи.Полилоговая задача №3.“Модель атома Резерфорда, до сих пор лежащая в основепредставлений о строении атома”Преподаватель. Сейчас в нашем с вами диалоге центральной фигуройбудет Эрнест Резерфорд - один из самых знаменитых физиков первой половиныХХ века.
Это он первый “анатомировал” атом обнаружив в нем ядро. Онисследовал сложные явления, протекающие в этой поразительно малой частицевещества, а затем в своей лаборатории расщепил ядра атомов. Можно долгоперечислять, что еще сделал этот величайший “хирург микромира”, но мыостановимся на фундаментальной научной модели, которая не только раскрылаглаза на секреты сущности мироздания, но и на их невероятную красоту иизящество.Завершая рассмотрение первой структурной модели атома - атома Дж.Томсона, мы уже сделали первый шаг на пути к модели атома Резерфорда. Мыизучали, что в период создания модели Томсона уже появились первыеэксперименты Ленардо, которые привели к выводам о том, что “атом нельзяпредставлятьсебесостоящимиззаряженноговещества,равномернораспределенного по всему его объему, а скорее следует приписывать ему ажурное231строение”. Именно это и исследования Брэгга в 1904 г., когда он установил, что частицы имеют конечную длину пробега в веществе, можно считать началомисследований, которые привели к утверждению в науке планетарной моделиатома.Итак, в чем заключалась суть методов и приемов, приведших Резерфорда ксозданию планетарной модели атома?Студент.
Резерфорд поручил исследования рассеяния -частиц атомамиГ.В. Гейгеру и Э. Марсдену. Их исследования в 1909 - 1910 годах привели кпоразительному факту: одна из 2 х 104 -частиц рассеивается на углыпревышающие 90. Надо сказать, что Марсден не мог высказать каких-либосоображений о причине увиденного им странного поведения -частиц. Когда онрассказал подробно о своих наблюдениях Резерфорду, то это его потрясло. Впоследствии он признался: “Это было почти неправдоподобно, как если бы вывыстрелили пятнадцатифунтовым снарядом в кусок папиросной бумаги и снарядотскочил бы обратно и поразил вас”.Тщательный анализ этого наблюдаемого эффекта привел Резерфорда коднозначному выводу.
Это могло быть только в одном случае: если -частица,проникнув в атом, натыкается на какую-то массивную преграду, имеющуюся внем, и отбрасывается, получив при столкновении мощный удар.Через три недели после дополнительной беседы с Марсденом о результатахнаблюдений Резерфорд уже высказал мысль о том, что рассеяние -частиц набольшие углы можно объяснить существованием в атомах массивной частицы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
