Çfarë është materia dhe substanca. Test Materia

Tema e leksionit: Fizika e materies.
përkufizimi
Materia është përmbajtje e prekshme dhe e paprekshme që ekziston në hapësirë,

duke mbushur (zënë) një vend në hapësirë ​​që ka veti fizike.
E thënë thjesht, materia është gjithçka që ekziston (është e pranishme) në hapësirë, pavarësisht nga natyra e saj, duke përfshirë të prekshmen dhe të paprekshmen. E gjithë kjo është çështje.

Çfarë duhet të kuptoni në këtë drejtim:
Ne duhet të kuptojmë qartë se çfarë është materia dhe çfarë nuk është materie.
Jo gjithçka që njerëzit kuptojnë është materie.
Materia nuk është vetë hapësira, por vetëm ajo që ndodhet në të.

Kjo është pika e parë e rëndësishme për t'u kuptuar.
Pozicioni i dytë që është i rëndësishëm për t'u kuptuar është se
informacioni dhe abstraksionet nuk janë çështje.
Dhe në lidhje me informacionin, vetëm bartësi i informacionit, dhe jo vetë informacioni, mund të jetë material.
Kjo do të thotë, materia është e ndarë, hapësira është e ndarë dhe informacioni është i ndarë, të gjitha fantazitë, imazhet, format e mendimit dhe defektet janë të gjitha të ndara. Ato nuk janë materie.
Ne nuk do të mund të thyejmë televizorin e gjyshes me shtangë dore në ëndrrën e gjyshit.

Bazuar në përkufizimin e materies si "përmbajtje ekzistuese në hapësirë, që zotëron veti"), ne mund të dallojmë lehtësisht materialin nga jomateriali, për shembull, si ndryshon një pinguin material real (që ekziston në realitet) nga një i paprekshëm imagjinar (joekzistues në realitet). ).

Një pinguin i vërtetë ka veti fizike, mbush një vend në hapësirë ​​dhe ka shtrirje. Një pinguin imagjinar, përkundrazi, nuk ka veti reale, nuk mbush një vend në hapësirë ​​dhe nuk është i pranishëm në hapësirë, por në imagjinatën e një individi, dhe vetëm në një formë virtuale, për shembull, në formën e një imazh të caktuar.
Vendndodhja e pinguinit imagjinar nuk është bota reale, jo hapësira, por "bota" abstrakte - imagjinata.
Dhe një pinguin i tillë drejton shpatullat e tij jo në hapësirë, por në imagjinatën e individit.
Dhe ne nuk do të jemi në gjendje të zbulojmë në trurin e njeriut as vetë imagjinatën, as pellgun ku spërkat pinguini imagjinar.
Nëse dëshirojmë, mund të përpiqemi të tregojmë në hapësirë ​​përmasat e një pinguini imagjinar, por nuk mund ta mbushim hapësirën e zgjedhur me një pinguin imagjinar.
Pinguini imagjinar nuk ka veti jo-fiktive.
Një pinguin imagjinar nuk do të piqet në furrë dhe ne nuk do të jemi në gjendje ta përgatisim një pinguin të tillë për dimër, aq më pak t'ia heqim Obamës.

Ne nuk do të jemi në gjendje të hedhim bojë mbi një pinguin imagjinar ose t'i hedhim vezë atij. Bojë nuk do të ngjitet në të dhe do t'u shmanget lehtësisht vezëve .

Kjo do të thotë, nga prania ose mungesa e vetive fizike, një person mund të dallojë imagjinaren nga realja.
Me tutje
Lënda fizike reale shfaq veti të ndryshme dhe ne mund ta ndajmë lëndën në kategori në përputhje me karakteristikat e përgjithshme.
Sipas vetive të ndërprerje-vazhdimësi (ose diskrete), materia ndahet në forma diskrete dhe jodiskrete.

Materia jodiskrete (e vazhdueshme) në natyrë paraqitet në formë fushe
Lënda diskrete (e shkëputur, e grimcuar) në natyrë paraqitet në formë grimcash.
Grimcat, nga ana tjetër, janë në një nga dy gjendjet:
-Silluni drejtpërdrejt ndërsa grimcat lëvizin në hapësirë ​​me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës
- ose grupohen në një substancë.
Kjo do të thotë, në mënyrë më të detajuar bazuar në grupim - ju mund ta ndani materien më në detaje dhe të identifikoni tre kategori kryesore.
Materie, grimca, fusha.

Pozicioni i parë është grimcat e grupuara në një substancë,
Pozicioni i dytë është grimcat e lira (të pa grupuara në një substancë)
dhe fusha e pozicionit të tretë.
Dhe materia në natyrë shfaqet edhe si substancë dhe si grimca dhe si fushë.
------
Dhe përsëri, duhet të kujtojmë mirë se vetëm ajo që ka veti është materie.
E panjohura “chavoita”, e cila nuk ka veti, nuk është materie.
Nëse një materie ekziston por nuk është zbuluar ende,
atëherë kur zbulohet, sipas vetive të tij, do të bjerë në njërën nga kategoritë
ose materie, ose grimca të lira, ose një fushë.
Le ta shohim pikë për pikë.
Çfarë është një substancë?
Substanca është një lloj lënde që ka masë pushimi.
Çdo gjë që ka masë pushimi është materie. Uji (i lëngshëm) është një substancë. Gazi është një substancë.
Dhe të gjitha objektet në botën tonë të prekshme përbëhen nga materia, nuk ka rëndësi nëse është rrasa apo avioni i gjyshes - e gjithë kjo përfundimisht përbëhet nga grimca dhe e gjithë kjo materie.

Me të kuptuarit se një substancë e tillë zakonisht nuk lindin vështirësi dhe, si rregull, të gjithë janë në gjendje të kuptojnë se çfarë është substanca.
Me tutje.
pozicion - fushë.
Një fushë është diçka materiale, por jomateriale. Dhe jo të gjithë janë menjëherë në gjendje të kuptojnë (të kuptojnë, kuptojnë) se si materiali mund të jetë jomaterial.
Në fakt është mjaft e thjeshtë.
Shkencëtarët fillimisht vendosën se çfarë konsiderohej material -
Materiali është gjithçka që është në hapësirë ​​dhe ka veti.
Këtu kemi 100% të asaj që është në hapësirë ​​- kjo është materie
dhe një pjesë e tij shfaq këto e aq prona.

Nëse nuk do të kishte prona, nuk do të ishte materie.
Ajo shfaq veti - do të thotë se është një nga format e materies,
Në të njëjtën kohë, sipas manifestimeve aktuale, fusha nuk korrespondon me përkufizimin e materies; në veçanti, fusha nuk ka masë.
Dhe kolektivisht rezulton se në vetitë e saj fusha është materiale por jo reale.
Për të kuptuar se çfarë është një fushë, duhet të imagjinoni fizikën pa fushë.
Dy tulla fluturojnë drejt njëra-tjetrës.
Si preken dy tulla?
Atomet preken përgjatë konturit të jashtëm.
Animashka Oleg
Le të shohim se si atomet ndërveprojnë atje dhe si do të duket pa një fushë:
Dy atome fluturojnë drejt njëri-tjetrit,
protonet janë ngritur, elektronet janë shpërthyer, tani do të ndodhë një shpërthim i madh

Por atomet nuk e morën fushën me vete, nuk kishte asgjë për t'u kapur me njëri-tjetrin, kështu që ata rrëshqitën menjëherë.

Këta atome nuk vunë re asnjë përplasje, ata nuk mund të dallonin.
Sa është vëllimi i përgjithshëm i objekteve diskrete që përbëjnë një atom?
Sa mish ka në këtë atom? Sa ka që mund të preket dhe sa vëllim zë? Ndonjëherë atomet janë tërhequr shumë mishi. Ndonjëherë jo aq shumë.

Por nëse shikojmë më në detaje, ekziston një distancë midis grimcave dhe çdo element më i vogël, nga ana tjetër, është përsëri planetar, që do të thotë se materia diskrete përsëri zë një pjesë të parëndësishme të vëllimit të përgjithshëm. Dhe e gjithë kjo tenton pothuajse në zero.

Kjo do të thotë, ajo që duhet të përshkruhet nuk është një atom mishi, por një i dobët.

Le të modelojmë një atom pa fushë.
Dhe për ta bërë më të qartë, le të marrim gjysmën e një skuadroni mizash me përmasa të rregullta dhe t'i lëmë të fluturojnë mbi unazën e Moskës, pikërisht mbi makina në një rreth të madh.

Dhe në qendër, në zonën e Arbatit, le të kërcejnë mizat kryesore të tilla protonike, dhe pjesa tjetër e mizave le të fluturojnë rreth kryesores në një unazë pa u afruar.
Ne morëm një model fluturimi plotësisht të mirë të një atomi pa fusha.
Tani le të vendosim një model të dytë të ngjashëm fluturimi të një atomi diku në Lapland dhe të fillojmë t'i afrojmë të dy këto modele më afër njëri-tjetrit.
Lërini të fluturojnë drejt njëri-tjetrit si të rriturit.
Sa është probabiliteti që kur modelet e këtyre dy atomeve t'i afrohen njëri-tjetrit, ato të ngjiten me njëri-tjetrin?
Dhe me çfarë do të fiksohen?
Ka shumë gumëzhitje, por nuk ka fare fushë.
Edhe nëse nja dy miza godasin njëra-tjetrën drejtpërdrejt në ballë, edhe në këtë rast nuk do të mund të fiksohen. Atomi i dytë është gjithashtu një sistem planetar, praktikisht bosh.
Nuk ka asnjë shans për t'u kapur. Nuk ka asgjë për të kapur pa një fushë.
Në kushte të tilla, dy atome fluturojnë lirshëm nëpër njëri-tjetrin.
Me një gjeometri të tillë pa fushë, është një draft i vazhdueshëm.
Në parim, ne nuk do të mund të përplasnim asnjë dy grimca elementare nëse ato nuk do të kishin një fushë.
Tullat do të fluturonin nëpër njëra-tjetrën mrekullisht.
Pikërisht këtë rol luan fusha.
Pa një fushë, ne, në parim, nuk kemi asnjë mundësi ndërveprimi as në nivel makro dhe as në nivel mikro.
Shkoni përpara:
Cilat janë vetitë e fushës?
Fusha nuk ka as diskrete të brendshme dhe as të jashtme.
Kjo do të thotë, ajo nuk ka thyerje, dhe gjithashtu nuk ka kufij të jashtëm si të tillë.

Ju mund ta kuptoni gjeometrinë e fushës nga grafiku i shpërndarjes së ndikimit në sferën në zgjerim:

Grafiku tenton në zero, por nuk rivendoset. Sado që të largohemi nga burimi i fushës
Fusha dobësohet por nuk do të zhduket. Fusha si e tillë nuk ka kufij.
Përveç kësaj, fusha është elastike.
(Magnet)
Fusha është thelbësisht elastike, jo diskrete dhe nuk ka masë.
Përkufizimi i fushës:
Një fushë është një lloj i veçantë i lëndës që nuk ka masë; është një objekt i vazhdueshëm i vendosur në hapësirë, në secilën pikë të së cilës mbi një grimcë veprojnë forca të balancuara ose të çekuilibruara të një madhësie dhe drejtimi të caktuar.
Dhe përsëri, ne nuk harrojmë se ky është informacion që dihet prej kohësh.
dhe brenda kuadrit të konceptit fizik, materia dhe fusha tradicionalisht i kundërvihen njëra-tjetrës si dy lloje lëndësh, e para prej të cilave ka një strukturë diskrete dhe e dyta është e vazhdueshme.

Le të thellohemi në material:
Gjëja e parë që duhet të kuptoni është se i gjithë universi në nivelin makro është i mbushur në mënyrë uniforme me materie materiale, që do të thotë se është i mbushur në mënyrë uniforme me një fushë.

Për sa i përket forcës, ky është më i fuqishmi nga fenomenet fizike ekzistuese dhe është i natyrës gravitacionale. Fusha agregate gravitacionale.
Animashka Oleg 2 yje
Të gjitha ndërveprimet fizike, duke përfshirë çdo lidhje në çdo atom në trupin tuaj, përcaktohen nga kjo fushë.
Fusha gravitacionale është themelore, dhe të gjitha fushat e tjera janë dukuri lokale private në këtë fushë gravitacionale bazë.
Imagjinoni sikur të kishte miliarda shirita gome këtu dhe ne të prisnim vetëm një. Dhe ky do të ishte një analog i një fushe dytësore, për shembull një fushë elektromagnetike.
Shqetësim i pjesshëm në fushën bazë.
Dhe kur marrim parasysh fushën e çdo magneti, kjo është gjithashtu një fushë dytësore - një shqetësim i vogël në fushën bazë gravitacionale, e cila ka potencial kolosal.
Në një farë kuptimi, fusha gravitacionale është pikërisht ai eteri ose, në një mënyrë tjetër, "vakuumi fizik" që të gjithë kërkojnë dhe nuk mund ta gjejnë. Por ky është një objekt i vetëm jo-diskret jo-korpuskular.
Forcat lindin në çdo pikë të hapësirës së mbushur nga fusha dhe nuk ka boshllëqe atje.

Pozicioni tjetër i grimcës.
Një grimcë është një mikroobjekt diskret material.
Cilat janë ndryshimet kryesore midis grimcave dhe fushës.
Grimcat janë diskrete (secila prej tyre përfaqëson një objekt të pavarur me një strukturë të brendshme komplekse),
Në këtë ato ndryshojnë nga një fushë jodiskrete që nuk ka diskrete të brendshme (nuk ka ndërprerje), si dhe një fushë që nuk ka kufij të jashtëm si e tillë.

Në lidhje me grimcat, duhet kuptuar se ndarja e materies në kategori që ekzistojnë në shkencë nuk është plotësisht e rreptë.
Në literaturë, ndonjëherë lejohen interpretime të dobëta, të pasakta.

Grimcat e lira me masë, sipas modës moderne shkencore, i përkasin një kategorie të pavarur, dhe grimcat që nuk kanë masë pushimi në disa raste interpretohen lirshëm si fushë.
Dhe në këtë pikë, për shumë njerëz, ndodh një keqkuptim i njohur si dualizëm i valëve grimcë.
Arsyet e këtij fenomeni mendor i kemi shpjeguar veçmas (në seksionin dualizmi me valë korpuskulare). Nuk do të ndalemi më.
Në këtë pikë mjafton të kujtojmë se në kuptimin shkencor, grimcat, fusha dhe vala janë ende koncepte të pavarura.
Dhe kjo është kërkesa e ligjit të parë të logjikës, i cili thotë:
“...të kesh më shumë se një kuptim do të thotë të mos kesh asnjë kuptim; nëse fjalët nuk kanë kuptim, atëherë humbet çdo mundësi për të arsyetuar me njëra-tjetrën dhe në realitet me veten; sepse është e pamundur të mendosh asgjë nëse nuk mendon një gjë.”
Ose një fushë ose një grimcë.

Një tullë është materie, një tullë përbëhet nga ajo pjesë e materies që zakonisht quhet substancë
Por kjo nuk është e gjitha.
Ekziston një lidhje midis një substance (dhe për rrjedhojë çdo tullë) dhe një fushe. Çdo tullë ndodhet në fushën totale universale.

Dhe përveç kësaj, çdo tullë ka fushën e vet.
Për ta thjeshtuar, mund ta quajmë këtë fushë fusha e një tulle, mund ta quajmë fushën gravitacionale të një tulle.

Nuk ka asnjë tullë të vetme në natyrë që të mos jetë e rrethuar nga fusha e saj.
një fushë shoqëron çdo tullë.
E gjithë lënda materiale në natyrë ka një fushë.
Dhe në këtë drejtim, është e nevojshme të kuptohet se në natyrë nuk ka substancë që të mos ketë fushën e saj private.
Dhe çdo objekt material në një kuptim themelor fizik është një kombinim i materies dhe fushës.
Dhe kjo fushë shpërndahet në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet nga substanca, dhe ndërsa largohet nga substanca, kjo fushë dobësohet.

Kjo do të thotë, në thelb, çdo objekt me masë ka fushën e vet, dhe përveç kësaj, të gjitha masat e universit së bashku formojnë një fushë të vetme gravitacionale të universit.
Tani le të kuptojmë: ku është tulla, dhe ku është fusha e saj private. Fusha private është e lidhur me një tullë.
Nëse e ndajmë tullën në pjesë dhe i largojmë këto pjesë, atëherë edhe fusha private e tullës do të ndahet dhe shpërndahet.
(thyerja e një tulle)
Fusha private me tulla është e ndarë dhe e ndarë.

Tani le të shohim se çfarë është e zakonshme midis grimcave të lidhura brenda një substance dhe midis grimcave të palidhura, të lira.
Shembull.
Çfarë do të çojë ndarja sistematike e tullave, ndarja e tullave?
Shkatërrimi sistematik i të ashtuquajturave lidhje me tulla të brendshme.
Pa përjashtim, të gjitha lidhjet e brendshme të një tullë përcaktohen nga jashtë, nga ana e fushës bazë. Fusha totale universale krijon tension kolosal në hapësirë, i cili përcakton të gjitha lidhjet e brendshme në objektet materiale.
Sa më thellë ta ndajmë tullën, sa më i vogël të jetë fraksioni, aq më shumë grimca do të bëhen të palidhura nga substanca, këto grimca do të ndahen nga tulla dhe do të fillojnë të lëvizin me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës.
Nëse ndarja vazhdon, atëherë të gjitha fragmentet do të ndahen, do të lëshohen në nivelin e grimcave të palidhura dhe, nën ndikimin e një fushe të jashtme, do të fillojnë të lëvizin me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës në të gjitha drejtimet e lira.
Kjo do të thotë, nëse ndani plotësisht një tullë, deri në nivelin e grimcave, atëherë tulla do të nxitojë me shpejtësinë e dritës në të gjitha drejtimet e lira.
Dhe nëse nuk do të kishte fare fushë të jashtme, atëherë tulla do të bënte të njëjtën gjë, por me një shpejtësi shumë më të madhe, me një shpejtësi që tejkalon shpejtësinë e dritës (por kjo është një temë për një diskutim të veçantë, si dhe çështjet e masa dhe e ashtuquajtura neutrino).
Për një kuptim të përgjithshëm, le të shqyrtojmë se çfarë situate do të ekzistonte për një univers që nuk është i mbushur me materie.
Një univers bosh dhe një tullë.
Do të duket, si do ta dimë këtë?
Por në fakt, ne e dimë këtë absolutisht me siguri, sepse ekzistojnë vetëm dy mundësi për aplikimin e forcave në trup: tërheqja dhe zmbrapsja.
Dhe ne gjithashtu e dimë se materia nuk mund të ekzistojë mbi forcat e tërheqjes së drejtpërdrejtë në parim; kjo është teknikisht e pamundur, sepse në mënyrë të pashmangshme çon në një proces të ngjashëm me ortekun e kolapsit të materies në një pikë.
Ata që nuk e dinë ende këtë mund të shikojnë pjesën dëshmuese në link, ose të shikojnë filmin “Ekuilibri në fizikë”.
Le te vazhdojme:
E vetmja mundësi e mundshme për ekzistencën e materies në hapësirë ​​është zmbrapsja e ndërsjellë, e cila, nëse universi është mjaftueshëm i ngopur me materie, çon në një shtytje komplekse të masave drejt njëra-tjetrës.
Graviteti është një shtytje komplekse.
Pra, çfarë do të ndodhë me një tullë në një univers që nuk është i mbushur me materie?
(Një univers plotësisht bosh dhe një tullë).
Në një skenar të tillë, në thelb nuk ka asgjë për të siguruar lidhjet e brendshme të tullave. Nuk ka fushë të jashtme, forca të jashtme, shtytje të jashtme. E gjithë substanca e tullave, pa opsione, do të ndahet plotësisht dhe do të shpërndahet në të gjitha drejtimet, dhe fusha e tullave do të shpërndahet në përputhje me rrethanat.
Ekzistenca e çdo trupi fizik material në kushte të tilla është e pamundur.
Në një univers të mbushur me trupa dhe masa, tabloja është e ndryshme.
Masat “krijuan” një fushë të përbashkët,
në nivelin makro, universi ishte i mbushur në mënyrë të barabartë, një qilim galaktikash.
Kjo fushë siguronte lidhje të brendshme në çdo tullë.
Dhe ne shohim se në universin e vërtetë, materia nuk shpërbëhet në grimca dhe nuk fluturon larg.

Kjo eshte e gjitha.

Materia: substanca, grimcat, fusha.
Dhe nëse nuk do të kishte fushë, atëherë nuk do të kishte ndërveprime midis grimcave, dhe vetë grimcat në kuptimin e zakonshëm nuk do të ekzistonin as.
Viktor Katuschik ishte me ju.
Ndiqni publikimet tona.

Materia është realiteti objektiv që na është dhënë NË NDJENJET….

Materia është e pakrijuar, e pathyeshme, e përjetshme dhe e pafundme.

Llojet e sistemeve materiale të njohura për shkencën moderne:

1) grimcat elementare

4) molekulat

5) trupat makroskopikë

6) sistemet gjeologjike

Këto dhe sisteme të tjera materiale korrespondojnë me nivelet strukturore të organizimit të materies (materia është e strukturuar dhe e sistemuar)

Atributi - një veti e qenësishme e materies.

1) Strukturaliteti materia manifestohet në ekzistencën e formacioneve materiale pafundësisht të larmishme, secila prej të cilave përfaqëson një send, proces specifik individual, të lokalizuar në hapësirë ​​dhe kohë: universi, galaktika, ylli, planeti, molekula, atomi, grimca elementare etj. Në të njëjtën kohë, ato janë të ndërlidhura ngushtë midis tyre, pasi disa formacione materiale janë përbërës të të tjerëve, domethënë hyjnë në strukturën e tyre si elementë.

2) Sistematiciteti materia shfaqet në ndërlidhjen e gjërave dhe proceseve, në kryqëzimin e rregullt të niveleve strukturore të organizimit të botës materiale, në shkeljen e vazhdueshme të autonomisë, "paralelizmin" e mikro-, makro- dhe mega-botëve, të gjalla dhe jo. duke jetuar. Problemi kryesor këtu është çështja e pazgjidhur e kalimit nga natyra e pajetë në të gjallë në një proces të vetëm evolucionar.

Materie- kjo është gjithçka që prek drejtpërdrejt ose tërthorazi shqisat e njeriut dhe objektet e tjera. Bota rreth nesh, gjithçka që ekziston rreth nesh është materie. Një veti e qenësishme e materies është lëvizja.

Lëvizja e materies është çdo ndryshim që ndodh me objektet materiale si rezultat i ndërveprimit të tyre.

Materia nuk ekziston në një gjendje pa formë; prej saj formohet një sistem kompleks hierarkik i objekteve materiale të shkallëve dhe kompleksiteteve të ndryshme.

Ajo që është me interes për shkencëtarët e natyrës nuk është materia ose lëvizja në përgjithësi, por llojet specifike të materies dhe lëvizjes.

Në shkencën moderne natyrore, ekzistojnë 3 lloje të materies:

1. Substanca është lloji kryesor i lëndës që ka masë. Objektet materiale përfshijnë grimcat elementare, atomet, molekulat dhe objektet e shumta materiale të formuara prej tyre. Në kimi, substancat ndahen në të thjeshta (me atome të një elementi kimik) dhe komplekse (komponime kimike). vetitë e një lënde varen nga kushtet e jashtme dhe nga intensiteti i bashkëveprimit të atomeve dhe molekulave. Kjo përcakton gjendjet e ndryshme agregate të materies (të ngurtë, të lëngët, të gaztë + plazma në një temperaturë relativisht të lartë); kalimi i materies nga një gjendje në tjetrën mund të konsiderohet si një nga llojet e lëvizjes së materies.

2. Fusha fizike është një lloj i veçantë i lëndës që siguron bashkëveprimin fizik të objekteve dhe sistemeve materiale.

Fushat fizike:

· Elektromagnetike dhe gravitacionale

· Fusha e forcave bërthamore

Fushat valore (kuantike).

Burimi i fushave fizike janë grimcat elementare. Drejtimi për fushën elektromagnetike - burimi, grimcat e ngarkuara

Fushat fizike që krijohen nga grimcat kryejnë bashkëveprimin midis këtyre grimcave me një shpejtësi të kufizuar.

Teoritë kuantike - ndërveprimi shkaktohet nga shkëmbimi i kuanteve të fushës ndërmjet grimcave.

3. Vakuumi fizik është gjendja energjetike më e ulët e fushës kuantike. Ky term u prezantua në teorinë kuantike të fushës për të shpjeguar disa mikroprocese.

Numri mesatar i grimcave (kuantat e fushës) në një vakum është zero, por në të mund të lindin grimca virtuale, domethënë grimca në një gjendje të ndërmjetme që ekzistojnë për një kohë të shkurtër. Grimcat virtuale ndikojnë në proceset fizike.

Në përgjithësi pranohet se jo vetëm materia, por edhe fusha dhe vakuumi kanë një strukturë diskrete. Sipas teorisë kuantike, fusha, hapësira dhe koha në shkallë shumë të vogla formojnë një mjedis hapësirë-kohë me qeliza. Qelizat kuantike janë aq të vogla (10 -35 -10 -33) saqë mund të injorohen kur përshkruhen vetitë e grimcave elektromagnetike, duke marrë parasysh hapësirën dhe kohën të vazhdueshme.

Materia perceptohet si një medium i vazhdueshëm i vazhdueshëm. Për të analizuar dhe përshkruar vetitë e një substance të tillë, në shumicën e rasteve merret parasysh vetëm vazhdimësia e saj. Megjithatë, kur shpjegohen dukuritë termike, lidhjet kimike dhe rrezatimi elektromagnetik, e njëjta substancë konsiderohet si një mjedis diskret që përbëhet nga atome dhe molekula që ndërveprojnë me njëra-tjetrën.

Diskretiteti dhe vazhdimësia janë të natyrshme në fushën fizike, por kur zgjidhen shumë probleme fizike, është zakon të konsiderohen fushat gravitacionale, elektromagnetike dhe fusha të tjera si të vazhdueshme. Sidoqoftë, në teorinë kuantike të fushës supozohet se fushat fizike janë diskrete, prandaj, të njëjtat lloje të materies karakterizohen nga ndërprerje dhe vazhdimësi.

Për një përshkrim klasik të fenomeneve natyrore, mjafton të merren parasysh vetitë e vazhdueshme të materies dhe të karakterizohen mikroproceset e ndryshme - ato diskrete.

Vazhdimësia dhe diskretiteti janë veti të qenësishme të materies.

Materie- një grup i pafund i të gjitha objekteve dhe sistemeve që bashkëjetojnë në botë, tërësia e vetive dhe lidhjeve të tyre, marrëdhëniet dhe format e lëvizjes. Ai përfshin jo vetëm objektet dhe trupat e natyrës të vëzhgueshme drejtpërdrejt, por edhe të gjitha ato që nuk i janë dhënë njeriut në shqisat e tij.

Një veti integrale e materies është lëvizja. Lëvizja e materies përfaqëson çdo ndryshim që ndodh me objektet materiale si rezultat i ndërveprimeve të tyre. Në natyrë, vërehen lloje të ndryshme të lëvizjes së materies: mekanike, vibruese dhe valore, lëvizja termike e atomeve dhe molekulave, proceset e ekuilibrit dhe joekuilibri, zbërthimi radioaktiv, reaksionet kimike dhe bërthamore, zhvillimi i organizmave të gjallë dhe biosferës.

Në fazën aktuale të zhvillimit të shkencës natyrore, studiuesit dallojnë llojet e mëposhtme të materies: materia, fusha fizike dhe vakumi fizik.

Substanca paraqet llojin kryesor të materies me masë pushimi. Objektet materiale përfshijnë: grimcat elementare, atomet, molekulat dhe objektet e shumta materiale të formuara prej tyre. Vetitë e një substance varen nga kushtet e jashtme dhe intensiteti i ndërveprimit të atomeve dhe molekulave, gjë që përcakton gjendjet e ndryshme të grumbullimit të substancave.

Fusha fizikeështë një lloj i veçantë i lëndës që siguron bashkëveprimin fizik të objekteve materiale dhe sistemeve të tyre. Studiuesit përfshijnë fushat fizike: fushat elektromagnetike dhe gravitacionale, fushën e forcave bërthamore, fushat valore që korrespondojnë me grimca të ndryshme. Burimi i fushave fizike janë grimcat.

Vakum fizikështë gjendja energjetike më e ulët e fushës kuantike. Ky term u fut në teorinë kuantike të fushës për të shpjeguar procese të caktuara. Numri mesatar i grimcave - kuantet e fushës - në një vakum është zero, por grimcat në gjendje të ndërmjetme që ekzistojnë për një kohë të shkurtër mund të lindin në të.

Kur përshkruajnë sistemet materiale, ata përdorin korpuskulare (nga lat. korpuskulum- grimcë) dhe vazhdimësi (nga lat. vazhdimësi- teori e vazhdueshme). Vazhdimësia teoria konsideron përsëritjen e proceseve të vazhdueshme, lëkundjet që ndodhin në afërsi të një pozicioni mesatar të caktuar. Kur dridhjet përhapen në një mjedis, lindin valë. Teoria e lëkundjeve është një fushë e fizikës që studion këto modele. Kështu, teoria e vazhdimësisë përshkruan proceset valore. Së bashku me përshkrimin e valës (vazhdimësi) përdoret gjerësisht koncepti grimcë - korpuskulë. Nga pikëpamja vazhdimësi koncept, e gjithë materia konsiderohej si një formë e fushës, e shpërndarë në mënyrë uniforme në hapësirë ​​dhe pas një shqetësimi të rastësishëm të fushës, u shfaqën valë, domethënë grimca me veti të ndryshme. Ndërveprimi i këtyre formacioneve çoi në shfaqjen e atomeve, molekulave, makrotrupave që formojnë makrokozmosin. Në bazë të këtij kriteri dallohen këto nivele të materies: mikrobotë, makrobotë dhe megabotë.

Mikrobota është një rajon me mikroobjekte materiale jashtëzakonisht të vogla, drejtpërdrejt të pavëzhgueshme, madhësia e të cilave llogaritet në intervalin nga 10 -8 deri në 10 -16 cm, dhe jetëgjatësia është nga pafundësia në 10 -24 s. Kjo është bota nga atomet tek grimcat elementare. Të gjithë kanë veti valore dhe korpuskulare.

Macroworld- bota e objekteve materiale në përpjesëtim me një person. Në këtë nivel, sasitë hapësinore maten nga milimetra në kilometra, dhe koha - nga sekonda në vite. Makrobota përfaqësohet nga makromolekulat, substancat në gjendje të ndryshme grumbullimi, organizmat e gjallë, njerëzit dhe produktet e aktiviteteve të tyre.

Megabotë- një sferë me shkallë dhe shpejtësi të mëdha kozmike, distanca në të cilën matet në njësi astronomike (1 AU = 8,3 minuta dritë), vite dritë (1 vit dritë = 10 trilion km) dhe parsekë (1 pc = 30 trilion km), dhe Jetëgjatësia e objekteve hapësinore është miliona e miliarda vjet. Ky nivel përfshin objektet më të mëdha materiale: planetët dhe sistemet e tyre, yjet, galaktikat dhe grupimet e tyre që formojnë metagalaktika.

Klasifikimi i grimcave elementare

Grimcat elementare janë elementët kryesorë strukturorë të mikrobotës. Grimcat elementare mund të jenë të përbëra(proton, neutron) dhe jo të përbëra(elektroni, neutrino, foton). Deri më sot, janë zbuluar më shumë se 400 grimca dhe antigrimcat e tyre. Disa grimca elementare kanë veti të pazakonta. Kështu, për një kohë të gjatë besohej se grimca neutrino nuk ka masë pushimi. Në vitet '30 shekulli XX Gjatë studimit të zbërthimit beta, u zbulua se shpërndarja e energjisë e elektroneve të emetuara nga bërthamat radioaktive ndodh vazhdimisht. Nga kjo rrjedh se ose ligji i ruajtjes së energjisë nuk plotësohet, ose, përveç elektroneve, emetohen grimca që janë të vështira për t'u zbuluar, të ngjashme me fotonet me masë pushimi zero, duke marrë një pjesë të energjisë. Shkencëtarët sugjeruan se ishte një neutrino. Sidoqoftë, ishte e mundur të zbuloheshin eksperimentalisht neutrinot vetëm në vitin 1956 në instalime të mëdha nëntokësore. Vështirësia në zbulimin e këtyre grimcave qëndron në faktin se kapja e grimcave të neutrinos ndodh jashtëzakonisht rrallë për shkak të aftësisë së tyre të lartë depërtuese. Gjatë eksperimenteve, u zbulua se masa e pushimit të neutrinës nuk është e barabartë me zero, megjithëse nuk ndryshon shumë nga zero. Antigrimcat gjithashtu kanë veti interesante. Ato kanë shumë të njëjtat karakteristika si homologët e tyre të grimcave (masa, rrotullimi, jetëgjatësia, etj.), por ndryshojnë prej tyre në shenjat e ngarkesës elektrike ose karakteristika të tjera.

Në vitin 1928, P. Dirac parashikoi ekzistencën e antigrimcës së elektronit - pozitronit, i cili u zbulua katër vjet më vonë nga K. Anderson si pjesë e rrezeve kozmike. Elektroni dhe pozitroni nuk janë çifti i vetëm i grimcave binjake; të gjitha grimcat elementare, përveç atyre neutrale, kanë antigrimcat e tyre. Kur një grimcë dhe një antigrimcë përplasen, ato asgjësohen (nga lat. asgjësimi- shndërrimi në asgjë) - shndërrimi i grimcave elementare dhe antigrimcave në grimca të tjera, numri dhe lloji i të cilave përcaktohet nga ligjet e ruajtjes. Për shembull, si rezultat i asgjësimit të një çifti elektron-pozitron, lindin fotone. Numri i grimcave elementare të zbuluara rritet me kalimin e kohës. Në të njëjtën kohë, kërkimi vazhdon për grimcat themelore që mund të jenë blloqet ndërtuese për ndërtimin e grimcave të njohura. Hipoteza për ekzistencën e grimcave të këtij lloji, të quajtura kuarke, u parashtrua në vitin 1964 nga fizikani amerikan M. Gell-Man (Çmimi Nobel 1969).

Grimcat elementare kanë një numër të madh karakteristikash. Një nga tiparet dalluese të kuarkeve është se ata kanë ngarkesa elektrike të pjesshme. Kuarkët mund të lidhen me njëri-tjetrin në çifte dhe treshe. Formohet kombinimi i tre kuarkeve barionet(protonet dhe neutronet). Kuarkët nuk u vëzhguan në gjendje të lirë. Sidoqoftë, modeli i kuarkut bëri të mundur përcaktimin e numrave kuantikë të shumë grimcave elementare.

Grimcat elementare klasifikohen sipas kritereve të mëposhtme: masa e grimcave, ngarkesa elektrike, lloji i bashkëveprimit fizik në të cilin marrin pjesë grimcat elementare, jetëgjatësia e grimcave, rrotullimi etj.

Në varësi të masës së qetë të grimcës (masa e saj e qetë, e cila përcaktohet në raport me masën e qetë të elektronit, e cila konsiderohet më e lehta nga të gjitha grimcat me masë), dallohen:

♦ fotone (greq. Fotografitë- grimcat që nuk kanë masë pushimi dhe lëvizin me shpejtësinë e dritës);

♦ lepton (greq. leptos- drita) - grimcat e lehta (elektroni dhe neutrino);

♦ mesone (greq. mesos- e mesme) - grimca mesatare me masë nga një deri në një mijë masa elektronike (pi-meson, ka-meson, etj.);

♦ barione (greq. barys- të rënda) - grimca të rënda me një masë më shumë se një mijë herë më shumë se masa e një elektroni (protone, neutrone, etj.).

Në varësi të ngarkesës elektrike, ekzistojnë:

♦ grimca me ngarkesë negative (p.sh. elektrone);

♦ grimca me ngarkesë pozitive (p.sh., proton, pozitronet);

♦ grimca me ngarkesë zero (për shembull, neutrinot).

Ka grimca me ngarkesa të pjesshme - kuarket. Duke marrë parasysh llojin e ndërveprimit themelor në të cilin marrin pjesë grimcat, ato përfshijnë:

♦ hadrone (greq. adros- i madh, i fortë), duke marrë pjesë në ndërveprime elektromagnetike, të forta dhe të dobëta;

♦ leptone që marrin pjesë vetëm në ndërveprime elektromagnetike dhe të dobëta;

♦ grimca - bartës të bashkëveprimit (fotonet - bartës të bashkëveprimit elektromagnetik; gravitone - bartës të bashkëveprimit gravitacional; gluonet - bartës të bashkëveprimit të fortë; bozonet e ndërmjetme vektoriale - bartës të bashkëveprimit të dobët).

Bazuar në jetëgjatësinë e tyre, grimcat ndahen në të qëndrueshme, pothuajse të qëndrueshme dhe të paqëndrueshme. Shumica e grimcave elementare janë të paqëndrueshme, jetëgjatësia e tyre është 10 -10 -10 -24 s. Grimcat e qëndrueshme nuk shpërbëhen për një kohë të gjatë. Ato mund të ekzistojnë nga pafundësia deri në 10 -10 s. Grimcat e qëndrueshme janë fotoni, neutrinoja, protoni dhe elektroni. Grimcat kuazibile prishen si rezultat i ndërveprimeve elektromagnetike dhe të dobëta, të quajtura ndryshe rezonanca. Jetëgjatësia e tyre është 10 -24 -10 -26 s.

2.2. Ndërveprimet Themelore

Ndërveprimi është arsyeja kryesore për lëvizjen e materies, prandaj bashkëveprimi është i natyrshëm në të gjitha objektet materiale, pavarësisht nga origjina e tyre natyrore dhe organizimi sistematik. Karakteristikat e ndërveprimeve të ndryshme përcaktojnë kushtet e ekzistencës dhe vetitë specifike të objekteve materiale. Në total, njihen katër lloje të ndërveprimit: gravitacional, elektromagnetik, i fortë dhe i dobët.

Gravitacionale ndërveprimi ishte i pari nga ndërveprimet themelore të njohura që u bë objekt i kërkimit nga shkencëtarët. Ajo manifestohet në tërheqjen e ndërsjellë të çdo objekti material që ka masë, transmetohet përmes fushës gravitacionale dhe përcaktohet nga ligji i gravitetit universal, i cili u formulua nga I. Newton.

Ligji i gravitetit universal përshkruan rënien e trupave materialë në fushën e Tokës, lëvizjen e planetëve të sistemit diellor, yjeve, etj. Me rritjen e masës së materies, ndërveprimet gravitacionale rriten. Ndërveprimi gravitacional është më i dobëti nga të gjitha ndërveprimet e njohura për shkencën moderne. Megjithatë, ndërveprimet gravitacionale përcaktojnë strukturën e të gjithë Universit: formimin e të gjitha sistemeve kozmike; ekzistenca e planetëve, yjeve dhe galaktikave. Roli i rëndësishëm i ndërveprimit gravitacional përcaktohet nga universaliteti i tij: të gjithë trupat, grimcat dhe fushat marrin pjesë në të.

Bartës të bashkëveprimit gravitacional janë gravitonet - kuantet e fushës gravitacionale.

Elektromagnetike ndërveprimi është gjithashtu universal dhe ekziston midis çdo trupi në mikro-, makro- dhe mega-botën. Ndërveprimi elektromagnetik shkaktohet nga ngarkesat elektrike dhe transmetohet duke përdorur fusha elektrike dhe magnetike. Një fushë elektrike lind në prani të ngarkesave elektrike, dhe një fushë magnetike lind në lëvizjen e ngarkesave elektrike. Ndërveprimi elektromagnetik përshkruhet nga: ligji i Kulombit, ligji i Amperit, etj., dhe në formë të përgjithësuar - nga teoria elektromagnetike e Maksuellit, duke lidhur fushat elektrike dhe magnetike. Falë ndërveprimit elektromagnetik, atomet, molekulat lindin dhe ndodhin reaksione kimike. Reaksionet kimike janë një manifestim i ndërveprimeve elektromagnetike dhe janë rezultat i rishpërndarjes së lidhjeve ndërmjet atomeve në molekula, si dhe numrit dhe përbërjes së atomeve në molekulat e substancave të ndryshme. Nga bashkëveprimi elektromagnetik përcaktohen gjendje të ndryshme të materies, forca elastike, fërkimi etj. Bartës të bashkëveprimit elektromagnetik janë fotonet - kuantet e fushës elektromagnetike me masë pushimi zero.

Brenda bërthamës atomike ka ndërveprime të forta dhe të dobëta. I forte ndërveprimi siguron lidhjen e nukleoneve në bërthamë. Ky ndërveprim përcaktohet nga forcat bërthamore që kanë pavarësi të ngarkesës, veprim me rreze të shkurtër, ngopje dhe veti të tjera. Ndërveprimi i fortë mban nukleonet (protonet dhe neutronet) në bërthamë dhe kuarket brenda nukleoneve dhe është përgjegjës për qëndrueshmërinë e bërthamave atomike. Duke përdorur ndërveprimin e fortë, shkencëtarët shpjeguan pse protonet e bërthamës atomike nuk shpërndahen nën ndikimin e forcave refuzuese elektromagnetike. Ndërveprimi i fortë transmetohet nga gluonet - grimca që "ngjin" kuarke, të cilat janë pjesë e protoneve, neutroneve dhe grimcave të tjera.

I dobët ndërveprimi gjithashtu vepron vetëm në mikrokozmos. Të gjitha grimcat elementare përveç fotonit marrin pjesë në këtë bashkëveprim. Ai shkakton shumicën e zbërthimeve të grimcave elementare, kështu që zbulimi i tij erdhi pas zbulimit të radioaktivitetit. Teoria e parë e ndërveprimit të dobët u krijua në 1934 nga E. Fermi dhe u zhvillua në vitet 1950. M. Gell-Man, R. Feynman dhe shkencëtarë të tjerë. Bartës të bashkëveprimit të dobët konsiderohen grimca me masë 100 herë më të madhe se masa e protoneve - bozonet vektoriale të ndërmjetme.

Karakteristikat e ndërveprimeve themelore janë paraqitur në tabelë. 2.1.

Tabela 2.1

Karakteristikat e ndërveprimeve themelore

Tabela tregon se ndërveprimi gravitacional është shumë më i dobët se ndërveprimet e tjera. Gama e veprimit të saj është e pakufizuar. Nuk luan një rol të rëndësishëm në mikroproceset dhe në të njëjtën kohë është thelbësor për objektet me masa të mëdha. Ndërveprimi elektromagnetik është më i fortë se ndërveprimi gravitacional, megjithëse diapazoni i veprimit të tij është gjithashtu i pakufizuar. Ndërveprimet e forta dhe të dobëta kanë një gamë shumë të kufizuar veprimi.

Një nga detyrat më të rëndësishme të shkencës moderne natyrore është krijimi i një teorie të unifikuar të ndërveprimeve themelore që bashkon lloje të ndryshme ndërveprimesh. Krijimi i një teorie të tillë do të nënkuptonte edhe ndërtimin e një teorie të unifikuar të grimcave elementare.

2.3. Rrezatimi termik. Lindja e koncepteve kuantike

Në fund të shekullit të 20-të. teoria e valëve nuk mund të shpjegonte dhe përshkruante rrezatimin termik në të gjithë gamën e frekuencës së valëve elektromagnetike në intervalin termik. Dhe fakti që rrezatimi termik, dhe në veçanti drita, janë valë elektromagnetike është bërë një fakt shkencor. Fizikani gjerman Max Planck ishte në gjendje të jepte një përshkrim të saktë të rrezatimit termik.

Më 14 dhjetor 1900, Planck dha një raport në një takim të Shoqërisë Fizike Gjermane, në të cilin ai nënvizoi hipotezën e tij për natyrën kuantike të rrezatimit termik dhe një formulë të re për rrezatimin (formula e Planck). Kjo ditë konsiderohet nga fizikanët si ditëlindja e fizikës së re - kuantike. Matematikani dhe fizikani i shquar francez A. Poincaré shkroi: «Teoria kuantike e Plankut është, pa asnjë dyshim, revolucioni më i madh dhe më i thellë që ka pësuar filozofia natyrore që nga koha e Njutonit.»

Planck vërtetoi se rrezatimi termik (vala elektromagnetike) emetohet jo në një rrjedhë të vazhdueshme, por në pjesë (kuanta). Energjia e çdo kuantike është

pra është proporcionale me frekuencën e valës elektromagnetike - v. Këtu h- Konstanta e Plankut e barabartë me 6,62 · 10 -34 J · s.

Marrëveshja midis llogaritjeve të Planck dhe të dhënave eksperimentale ishte e plotë. Më 1919, M. Planck u nderua me çmimin Nobel.

Bazuar në konceptet kuantike, A. Ajnshtajni zhvilloi teorinë e efektit fotoelektrik në vitin 1905 (Çmimi Nobel 1922), duke e paraqitur shkencën me një fakt: drita ka veti valore dhe korpuskulare, ajo emetohet, shpërndahet dhe përthithet në kuante (porcione). Kuantet e dritës filluan të quheshin fotone.

2.4. Hipoteza e De Broglie në lidhje me dualitetin valë-grimcë të vetive të grimcave

Shkencëtari francez Louis de Broglie (1892-1987) në vitin 1924, në disertacionin e tij të doktoraturës "Kërkime mbi Teorinë Kuantike", parashtroi një hipotezë të guximshme rreth universalitetit të dualitetit valë-grimcë, duke argumentuar se meqenëse drita sillet në disa raste si valë. , dhe në të tjerat - si grimcë, atëherë grimcat materiale (elektronet, etj.), për shkak të përgjithësimit të ligjeve të natyrës, duhet të kenë veti valore. "Në optikë," shkroi ai, "për një shekull, metoda korpuskulare e ekzaminimit ishte shumë e lënë pas dore në krahasim me atë me valë; A nuk u bë gabimi i kundërt në teorinë e materies? A kemi menduar shumë për figurën e "grimcave" dhe e kemi lënë pas dore shumë figurën e valës?" Në atë kohë, hipoteza e de Broglie dukej e çmendur. Vetëm në vitin 1927, tre vjet më vonë, shkenca përjetoi një tronditje të madhe: fizikantët K. Davisson dhe L. Germer konfirmuan eksperimentalisht hipotezën e de Broglie duke marrë një model difraksioni të elektroneve.

Sipas teorisë kuantike të dritës të A. Ajnshtajnit, karakteristikat valore të fotoneve të dritës (frekuenca e lëkundjes v dhe gjatësia e valës l = c/v) janë të lidhura me karakteristikat korpuskulare (energjia ε f, masa relativiste m f dhe momenti p f) nga relacionet:

Sipas idesë së de Broglie, çdo mikrogrimcë, duke përfshirë një me një masë pushimi w 0 C 0, duhet të ketë jo vetëm veti korpuskulare, por edhe valore. Frekuenca përkatëse v dhe gjatësia e valës l përcaktohen nga relacione të ngjashme me atë të Ajnshtajnit:

Prandaj gjatësia e valës së de Broglie është

Kështu, marrëdhëniet e Ajnshtajnit, të marra prej tij kur ndërtoi teorinë e fotoneve si rezultat i hipotezës së paraqitur nga de Broglie, fituan një karakter universal dhe u bënë njësoj të zbatueshme si për analizën e vetive trupore të dritës ashtu edhe për studimin e vetitë valore të të gjitha mikrogrimcave.

2.5. Eksperimentet e Radhërfordit. Modeli atomik i Radhërfordit

Eksperimentet e A. Rutherford

Në vitin 1911, Rutherford kreu eksperimente me rëndësi të jashtëzakonshme që vërtetuan ekzistencën e bërthamës atomike. Për të studiuar atomin, Rutherford përdori sondimin (bombardimin) e tij duke përdorur grimcat alfa, të cilat lindin gjatë prishjes së radiumit, poloniumit dhe disa elementeve të tjerë. Rutherford dhe bashkëpunëtorët e tij, në eksperimentet e mëparshme në vitin 1909, vërtetuan se grimcat α kanë një ngarkesë pozitive të barabartë në madhësi me dyfishin e ngarkesës së elektronit. q =+2e, dhe një masë që përkon me masën e një atomi heliumi, d.m.th

m A= 6,62 10 -27 kg,

që është rreth 7300 herë masa e një elektroni. Më vonë u zbulua se grimcat α janë bërthamat e atomeve të heliumit. Rutherford bombardoi atomet e elementeve të rënda me këto grimca. Elektronet, për shkak të masës së tyre të ulët, nuk mund të ndryshojnë trajektoren e një grimce α. Shpërndarja e tyre (ndryshimi në drejtimin e lëvizjes) mund të shkaktohet vetëm nga pjesa e ngarkuar pozitivisht e atomit. Kështu, nga shpërndarja e grimcave α, është e mundur të përcaktohet natyra e shpërndarjes së ngarkesës pozitive, dhe rrjedhimisht e masës, brenda atomit.

Dihej se grimcat alfa të emetuara nga polonium fluturojnë me një shpejtësi prej 1,6-107 m/s. Poloniumi u vendos brenda një kuti plumbi, përgjatë së cilës u shpua një kanal i ngushtë. Një rreze grimcash α, duke kaluar nëpër kanal dhe diafragmë, ra në fletë metalike. Fleta e arit mund të bëhet jashtëzakonisht e hollë - 4-10 -7 m e trashë (400 atome ari; ky numër mund të vlerësohet duke ditur masën, densitetin dhe masën molare të arit). Pas fletës, grimcat α ranë në një ekran të tejdukshëm të veshur me sulfur zinku. Përplasja e secilës grimcë me ekranin u shoqërua me një ndezje drite (scintilacion) të shkaktuar nga fluoreshenca, e cila u vëzhgua përmes një mikroskopi.

Me një vakum të mirë brenda pajisjes (në mënyrë që të mos kishte shpërndarje të grimcave nga molekulat e ajrit), në mungesë të fletë metalike, në ekran u shfaq një rreth i lehtë shintilacionesh të shkaktuara nga një rreze e hollë grimcash α. Kur foli ishte vendosur në rrugën e rrezes, pjesa dërrmuese e grimcave α nuk devijuan ende nga drejtimi i tyre origjinal, domethënë kaluan nëpër fletë metalike sikur të ishte hapësirë ​​boshe. Megjithatë, kishte grimca alfa që ndryshuan rrugën e tyre dhe madje u kthyen prapa.

Marsden dhe Geiger, studentë dhe bashkëpunëtorë të Rutherford-it, numëruan më shumë se një milion shkëndija dhe përcaktuan se afërsisht një në 2 mijë grimca alfa devijohej nga kënde më të mëdha se 90° dhe një në 8 mijë me 180°. Ishte e pamundur të shpjegohej ky rezultat në bazë të modeleve të tjera të atomit, në veçanti Thomson.

Llogaritjet tregojnë se kur shpërndahet në të gjithë atomin, një ngarkesë pozitive (edhe pa marrë parasysh elektronet) nuk mund të krijojë një fushë elektrike mjaft intensive të aftë për të hedhur prapa një grimcë α. Fuqia e fushës elektrike e një topi të ngarkuar në mënyrë uniforme është maksimale në sipërfaqen e topit dhe zvogëlohet në zero kur i afrohet qendrës. Shpërndarja e grimcave α në kënde të mëdha ndodh sikur e gjithë ngarkesa pozitive e atomit të ishte e përqendruar në bërthamën e tij - një rajon që zë një vëllim shumë të vogël në krahasim me të gjithë vëllimin e atomit.

Probabiliteti i hyrjes së grimcave α në bërthamë dhe devijimi i tyre në kënde të mëdha është shumë i vogël, kështu që për shumicën e grimcave α, petë nuk dukej se ekzistonte.

Rutherford konsideroi teorikisht problemin e shpërndarjes së grimcave α në fushën elektrike të Kulombit të një bërthame dhe mori një formulë që lejon të përcaktohet numri i grimcave α që ndodhin në bërthamë dhe numri i matur i grimcave të shpërndara në një kënd të caktuar. . N ngarkesa elementare pozitive +e që përmbahen në bërthamën e atomeve të një petë të caktuar shpërndarëse. Eksperimentet kanë treguar se numri N e barabartë me numrin serial të elementit në sistemin periodik të D.I. Mendeleev, domethënë N=Z(për ar Z= 79).

Kështu, hipoteza e Radhërfordit për përqendrimin e një ngarkese pozitive në bërthamën e një atomi bëri të mundur përcaktimin e kuptimit fizik të numrit serik të një elementi në tabelën periodike të elementeve. Një atom neutral gjithashtu duhet të përmbajë Z elektronet. Është domethënëse që numri i elektroneve në një atom, i përcaktuar me metoda të ndryshme, përkoi me numrin e ngarkesave elementare pozitive në bërthamë. Kjo shërbeu si një provë e vlefshmërisë së modelit bërthamor të atomit.

B. Modeli bërthamor i atomit i Radhërfordit

Duke përmbledhur rezultatet e eksperimenteve mbi shpërndarjen e grimcave α me fletë ari, Rutherford vendosi:

♦ atomet nga natyra e tyre janë kryesisht transparente ndaj grimcave alfa;

♦ devijimet e grimcave α në kënde të mëdha janë të mundshme vetëm nëse brenda atomit ka një fushë elektrike shumë të fortë, e krijuar nga një ngarkesë pozitive e shoqëruar me një masë të madhe të përqendruar në një vëllim shumë të vogël.

Për të shpjeguar këto eksperimente, Rutherford propozoi një model bërthamor të atomit: e gjithë ngarkesa pozitive dhe pothuajse e gjithë masa e atomit (99,9%) janë të përqendruara në bërthamën e atomit (një zonë me dimensione lineare 10 -15 -10 -14 m). Rreth bërthamës në një rajon me dimensione lineare ~10 -10 m (përmasat e atomit vlerësohen në teorinë kinetike molekulare), elektronet e ngarkuara negativisht lëvizin në orbita të mbyllura, masa e të cilave është vetëm 0,1% e masës së bërthama. Rrjedhimisht, elektronet janë të vendosura nga bërthama në një distancë prej 10,000 deri në 100,000 herë diametri i bërthamës, domethënë pjesa më e madhe e atomit është hapësirë ​​boshe.

Modeli bërthamor i atomeve i Rutherford i ngjan sistemit diellor: në qendër të sistemit ka një "diell" - bërthama, dhe rreth tij "planetet" - elektronet - lëvizin në orbita, prandaj ky model quhet planetare. Elektronet nuk bien në bërthamë sepse forcat elektrike të tërheqjes midis bërthamës dhe elektroneve balancohen nga forcat centrifugale të shkaktuara nga rrotullimi i elektroneve rreth bërthamës.

Në vitin 1914, tre vjet pas krijimit të modelit planetar të atomit, Rutherford hetoi ngarkesat pozitive në bërthamë. Duke bombarduar atomet e hidrogjenit me elektrone, ai zbuloi se atomet neutrale shndërroheshin në grimca të ngarkuara pozitivisht. Meqenëse atomi i hidrogjenit ka një elektron, Rutherford vendosi që bërthama e atomit është një grimcë që mban një ngarkesë elementare pozitive +e. Ai e quajti këtë grimcë proton.

Modeli planetar pajtohet mirë me eksperimentet mbi shpërndarjen e grimcave α, por nuk mund të shpjegojë qëndrueshmërinë e atomit. Konsideroni, për shembull, një model të një atomi hidrogjeni që përmban një bërthamë protoni dhe një elektron që lëviz me një shpejtësi v rreth bërthamës në një orbitë rrethore me rreze r. Elektroni duhet të bjerë në një spirale mbi bërthamë dhe frekuenca e rrotullimit të tij rreth bërthamës (dhe për rrjedhojë frekuenca e valëve elektromagnetike të emetuara prej tij) duhet të ndryshojë vazhdimisht, domethënë, atomi është i paqëndrueshëm dhe rrezatimi i tij elektromagnetik duhet kanë një spektër të vazhdueshëm.

Në realitet rezulton se:

a) atomi është i qëndrueshëm;

b) një atom lëshon energji vetëm në kushte të caktuara;

c) rrezatimi i një atomi ka një spektër të linjës, të përcaktuar nga struktura e tij.

Kështu, aplikimi i elektrodinamikës klasike në modelin planetar të atomit çoi në një kontradiktë të plotë me faktet eksperimentale. Tejkalimi i vështirësive që u shfaqën kërkonte krijimin e një cilësie të re - kuantike- teoritë atomike. Megjithatë, pavarësisht mospërputhjes së tij, modeli planetar ende pranohet si një pamje e përafërt dhe e thjeshtuar e atomit.

2.6. Teoria e Bohr-it për atomin e hidrogjenit. Postulatet e Bohr-it

Fizikani danez Niels Bohr (1885-1962) krijoi teorinë e parë kuantike të atomit në 1913, duke lidhur në një tërësi të vetme ligjet empirike të spektrit të linjës së hidrogjenit, modelin bërthamor të atomit të Rutherford dhe natyrën kuantike të emetimit dhe thithjen e dritës.

Bohr e bazoi teorinë e tij në tre postulate, për të cilat fizikani amerikan L. Cooper tha: "Sigurisht, ishte disi arrogante të parashtroje propozime që kundërshtonin elektrodinamikën e Maksuellit dhe mekanikën e Njutonit, por Bohr ishte i ri".

Postulati i parë(postulati i gjendjeve stacionare): në një atom, elektronet mund të lëvizin vetëm përgjatë orbitave rrethore të caktuara, të ashtuquajtura të lejuara ose të palëvizshme, në të cilat ata, pavarësisht nga prania e nxitimit, nuk lëshojnë valë elektromagnetike (prandaj, këto orbita quhen të palëvizshme). Një elektron në çdo orbitë të palëvizshme ka një energji të caktuar E n .

Postulati i dytë(rregulli i frekuencës): një atom lëshon ose thith një sasi të energjisë elektromagnetike kur një elektron lëviz nga një orbitë e palëvizshme në tjetrën:

hv = E 1 - E 2,

Ku E 1 Dhe E 2 - energjia e elektroneve përkatësisht para dhe pas tranzicionit.

Kur E 1 > E 2, ndodh emetimi kuantik (kalimi i një atomi nga një gjendje me energji më të lartë në një gjendje me energji më të ulët, domethënë kalimi i një elektroni nga çdo orbitë larg në çdo orbitë afër bërthamës) ; në E 1< E 2 - поглощение кванта (переход атома в состояние с большей энергией, то есть переход электрона на более удаленную от ядра орбиту).

I bindur se konstanta e Plankut duhet të luajë një rol të madh në teorinë atomike, Bohr prezantoi postulati i tretë(rregulli i kuantizimit): në orbita të palëvizshme momenti këndor i elektronit L n = m e υ n r nështë shumëfish i = h/(2π), domethënë

m e υ n r n = nh, n = 1, 2, 3, …,

ku = 1,05 · 10 -34 J · s është konstanta e Planck (vlera h/(2π)) ndodh aq shpesh sa është futur një emërtim i veçantë për të ("hi" me një shirit; në këtë vepër "hi" është i drejtë ); m e = 9,1 · 10 -31 kg - masa elektronike; r P- rrezja e orbitës së n-të të palëvizshme; υ n- shpejtësia e elektronit në këtë orbitë.

2.7. Atomi i hidrogjenit në mekanikën kuantike

Ekuacioni i lëvizjes së një mikrogrimce në fusha të ndryshme të forcës është vala ekuacioni i Shrodingerit.

Për gjendjet stacionare, ekuacioni i Shrodingerit do të jetë:

ku Δ është operatori Laplace

, m- masa e grimcave, h- Konstantja e Plankut, E- energji të plotë, U- energji potenciale.

Ekuacioni i Shrodingerit është një ekuacion diferencial i rendit të dytë dhe ka një zgjidhje që tregon se në një atom hidrogjeni energjia totale duhet të jetë diskrete:

E 1 ,E 2 , E 3…

Kjo energji është në nivelet e duhura n=1,2,3,...sipas formulës:

Niveli më i ulët E korrespondon me energjinë minimale të mundshme. Ky nivel quhet bazë, të gjithë të tjerët quhen të ngazëllyer.

Me rritjen e numrit kuantik kryesor n nivelet e energjisë janë të vendosura më afër njëri-tjetrit, energjia totale zvogëlohet dhe kur n= ∞ është e barabartë me zero. Në E>0 elektroni bëhet i lirë, i palidhur me një bërthamë specifike dhe atomi jonizohet.

Një përshkrim i plotë i gjendjes së një elektroni në një atom, përveç energjisë, shoqërohet me katër karakteristika të quajtura numra kuantikë. Këtu përfshihen: numri kuantik kryesor P, numri kuantik orbital l, numër kuantik magnetik m 1 , numri kuantik i spinit magnetik m s.

Funksioni valor φ, i cili përshkruan lëvizjen e një elektroni në një atom, nuk është një-dimensionale, por një valë hapësinore që korrespondon me tre shkallë të lirisë së elektronit në hapësirë, domethënë funksioni valor në hapësirë ​​karakterizohet nga tre sisteme. Secili prej tyre ka numrat e vet kuantikë: p, l, m l .

Çdo mikrogrimcë, duke përfshirë edhe elektronin, ka gjithashtu lëvizjen e saj komplekse të brendshme. Kjo lëvizje mund të karakterizohet nga numri i katërt kuantik m s. Le të flasim për këtë në më shumë detaje.

A. Numri kuantik kryesor n, sipas formulës, përcakton nivelet e energjisë së elektronit në atom dhe mund të marrë vlerat e mëposhtme: P= 1, 2, 3…

B. Numri kuantik orbital /. Nga zgjidhja e ekuacionit të Shrodingerit rezulton se momenti këndor i elektronit (momenti i tij mekanik orbital) është i kuantizuar, domethënë merr vlera diskrete të përcaktuara nga formula.

Ku L l- momenti këndor i elektronit në orbitë, l- numri kuantik orbital, i cili për një të dhënë P merr vlerën i= 0, 1, 2… (n- 1) dhe përcakton momentin këndor të një elektroni në një atom.

B. Numri kuantik magnetik m l. Nga zgjidhja e ekuacionit të Shrodingerit del gjithashtu se vektori Ll(momenti këndor i elektronit) orientohet në hapësirë ​​nën ndikimin e një fushe magnetike të jashtme. Në këtë rast, vektori do të shpaloset në mënyrë që projeksioni i tij në drejtimin e fushës magnetike të jashtme do të jetë

L l z= hm l

Ku m l thirrur numri kuantik magnetik, të cilat mund të marrin vlera m l= 0, ±1, ±2, ±1, pra një total prej (2l + 1) vlerash.

Duke marrë parasysh sa më sipër, mund të konkludojmë se një atom hidrogjeni mund të ketë të njëjtën vlerë energjetike, duke qenë në disa gjendje të ndryshme (n është e njëjtë, dhe l Dhe m l- të ndryshme).

Kur një elektron lëviz në një atom, elektroni shfaq dukshëm vetitë valore. Prandaj, elektronika kuantike në përgjithësi braktis idetë klasike rreth orbitave të elektroneve. Ne po flasim për përcaktimin e vendndodhjes së mundshme të elektronit në orbitë, domethënë, vendndodhja e elektronit mund të përfaqësohet nga një "re" konvencionale. Gjatë lëvizjes së tij, elektroni është sikur "i njollosur" në të gjithë vëllimin e kësaj "reje". Numrat kuantikë n Dhe l karakterizojnë madhësinë dhe formën e "resë" së elektronit dhe numrin kuantik m l- orientimi i kësaj "reje" në hapësirë.

Në vitin 1925, fizikanët amerikanë Uhlenbeck Dhe Goudsmit vërtetoi se elektroni ka edhe momentin e tij këndor (spinin), megjithëse elektroni nuk e konsiderojmë si një mikrogrimcë komplekse. Më vonë doli se protonet, neutronet, fotonet dhe grimcat e tjera elementare kanë rrotullim

Eksperimentet Stern, Gerlach dhe fizikantë të tjerë çuan në nevojën për të karakterizuar elektronin (dhe mikrogrimcat në përgjithësi) nga një shkallë shtesë e brendshme lirie. Prandaj, për të përshkruar plotësisht gjendjen e një elektroni në një atom, është e nevojshme të specifikohen katër numra kuantikë: gjëja kryesore është P, orbitale - l, magnetike - m l, numri i rrotullimit magnetik - m s .

Në fizikën kuantike është vërtetuar se e ashtuquajtura simetri ose asimetri e funksioneve valore përcaktohet nga rrotullimi i grimcës. Në varësi të natyrës së simetrisë së grimcave, të gjitha grimcat elementare dhe atomet dhe molekulat e ndërtuara prej tyre ndahen në dy klasa. Grimcat me spin gjysmë të plotë (për shembull, elektronet, protonet, neutronet) përshkruhen nga funksionet valore asimetrike dhe i binden statistikave Fermi-Dirac. Këto grimca quhen fermionet. Grimcat me rrotullim me numër të plotë, duke përfshirë zero, të tilla si një foton (Ls=1) ose l-mezon (Ls= 0), përshkruhen nga funksionet valore simetrike dhe i binden statistikave Bose-Einstein. Këto grimca quhen bozonet. Grimcat komplekse (për shembull, bërthamat atomike) të përbëra nga një numër tek fermionet janë gjithashtu fermione (spini i përgjithshëm është gjysmë numër i plotë), dhe ato të përbëra nga një numër çift janë bozone (spini i përgjithshëm është numër i plotë).

2.8. Atom me shumë elektron. Parimi Pauli

Në një atom me shumë elektrone, ngarkesa e të cilit është Ze, elektronet do të zënë "orbita" (predha) të ndryshme. Kur lëvizin rreth bërthamës, elektronet Z janë rregulluar në përputhje me një ligj mekanik kuantik të quajtur Parimi Pauli(1925). Është formuluar kështu:

> 1. Në çdo atom nuk mund të ketë dy elektrone identike, të përcaktuara nga një grup prej katër numrash kuantikë: kryesori n, orbitale /, magnetike m dhe rrotullimi magnetik m s .

> 2. Në gjendjet me një vlerë të caktuar, në një atom nuk mund të jenë të pranishëm më shumë se 2n 2 elektrone.

Kjo do të thotë se vetëm 2 elektrone mund të jenë në shtresën e parë ("orbitë"), 8 në të dytën, 18 në të tretën, etj.

Kështu, mbledhja e elektroneve në një atom multielektroni që ka të njëjtin numër kuantik kryesor n quhet guaskë elektronike. Në secilën shtresë, elektronet janë të rregulluar në nënshtresa që korrespondojnë me një vlerë të caktuar prej /. Që nga numri kuantik orbital l merr vlera nga 0 në (n - 1), numri i nënpredhave është i barabartë me numrin rendor të guaskës P. Numri i elektroneve në një nënshtresë përcaktohet nga numri kuantik magnetik m l dhe numri i rrotullimit magnetik m s .

Parimi Pauli luajti një rol të jashtëzakonshëm në zhvillimin e fizikës moderne. Për shembull, ishte e mundur të vërtetohej teorikisht sistemi periodik i elementeve të Mendelejevit. Pa parimin Pauli, do të ishte e pamundur të krijoheshin statistika kuantike dhe teoria moderne e trupave të ngurtë.

2.9. Arsyetimi kuanto-mekanik i ligjit periodik të D. I. Mendeleev

Në 1869, D.I. Mendeleev zbuloi ligjin periodik të ndryshimeve në vetitë kimike dhe fizike të elementeve në varësi të masave të tyre atomike. D.I. Mendeleev prezantoi konceptin e numrit serik të elementit Z dhe, duke i renditur elementët kimikë në rend rritës të numrit të tyre, ai fitoi periodicitet të plotë në ndryshimin e vetive kimike të elementeve. Kuptimi fizik i numrit serial të elementit Z në tabelën periodike u krijua në modelin bërthamor të atomit të Rutherford: Z përkon me numrin e ngarkesave elementare pozitive në bërthamë (protonet) dhe, në përputhje me rrethanat, me numrin e elektroneve në guaskat e atomeve.

Parimi Pauli jep një shpjegim për Tabelën Periodike të D.I. Mendeleev. Le të fillojmë me atomin e hidrogjenit, i cili ka një elektron dhe një proton. Do të marrim çdo atom të mëpasshëm duke rritur ngarkesën e bërthamës së atomit të mëparshëm me një (një proton) dhe duke shtuar një elektron, të cilin do ta vendosim në një gjendje të arritshme për të, sipas parimit Pauli.

Në atomin e hidrogjenit Z= 1 ka 1 elektron në guaskë. Ky elektron është në shtresën e parë (K-shell) dhe ka një gjendje 1S, domethënë ka n=1,a l=0 (S-gjendja), m= 0, m s = ±l/2 (orientimi i rrotullimit të tij është arbitrar).

Atomi i heliumit (He) ka Z = 2, ka 2 elektrone në guaskë, që të dy ndodhen në shtresën e parë dhe kanë gjendjen 1S, por me orientim spin antiparalel. Mbushja e guaskës së parë (K-predha) përfundon në atomin e heliumit, që korrespondon me përfundimin e periudhës së parë të Tabelës Periodike të Elementeve të D. I. Mendeleev. Sipas parimit Pauli, më shumë se 2 elektrone nuk mund të vendosen në shtresën e parë.

Në atomin e litiumit (Li) Z= 3, ka 3 elektrone në predha: 2 në guaskën e parë (K-shell) dhe 1 në të dytën (L-shell). Në shtresën e parë, elektronet janë në gjendje 1S, dhe në të dytën - 2S. Periudha e dytë e tabelës fillon me litium.

Në atomin e beriliumit (Be) Z= 4, ka 4 elektrone në predha: 2 në shtresën e parë në gjendje ËSHTË dhe 2 në të dytin në gjendjen 2S.

Për gjashtë elementët e ardhshëm - nga B (Z = 5) në Ne (Z = 10) - guaska e dytë është duke u mbushur, ndërsa elektronet janë në gjendjen 2S dhe 2p (2 nën-predha janë formuar në shtresën e dytë ).

Në atomin e natriumit (Na) Z= 11. Predha e parë dhe e dytë e saj, sipas parimit Pauli, janë plotësisht të mbushura (2 elektrone në të parën dhe 8 elektrone në shtresën e dytë). Prandaj, elektroni i njëmbëdhjetë ndodhet në shtresën e tretë (M-predha), duke zënë gjendjen më të ulët 3. S. Natriumi hap periudhën e tretë të sistemit periodik të D.I. Mendeleev. Duke arsyetuar në këtë mënyrë, mund të ndërtohet e gjithë tabela.

Kështu, periodiciteti në vetitë kimike të elementeve shpjegohet me përsëritshmërinë në strukturën e predhave të jashtme të atomeve të elementeve të lidhur. Kështu, gazrat fisnikë kanë predha të jashtme identike prej 8 elektronesh.

2.10. Konceptet themelore të fizikës bërthamore

Bërthamat e të gjithë atomeve mund të ndahen në dy klasa të mëdha: të qëndrueshme dhe radioaktive. Këto të fundit prishen spontanisht, duke u kthyer në bërthama të elementeve të tjerë. Transformimet bërthamore mund të ndodhin edhe me bërthama të qëndrueshme kur ato ndërveprojnë me njëra-tjetrën dhe me mikrogrimca të ndryshme.

Çdo bërthamë është e ngarkuar pozitivisht, dhe sasia e ngarkesës përcaktohet nga numri i protoneve në bërthamën Z (numri i ngarkesës). Numri i protoneve dhe neutroneve në bërthamë përcakton numrin masiv të bërthamës A. Në mënyrë simbolike, bërthama shkruhet si më poshtë:

Ku X- simbol i një elementi kimik. Bërthamat me të njëjtin numër ngarkese Z dhe numra të ndryshëm masiv A quhen izotope. Për shembull, uraniumi gjendet në natyrë kryesisht në formën e dy izotopeve

Izotopet kanë të njëjtat veti kimike, por veti fizike të ndryshme. Për shembull, izotopi i uraniumit 2 3 5 92 U ndërvepron mirë me neutron 1 0 nçdo energji dhe mund të ndahet në dy bërthama më të lehta. Në të njëjtën kohë, izotopi i uraniumit 238 92 U zbërthehet vetëm kur ndërvepron me neutrone me energji të lartë, më shumë se 1 megaelektronvolt (MeV) (1 MeV = 1,6 10 -13 J). Bërthamat me të njëjtat A dhe të ndryshme Z quhen izobaret.

Ndërsa ngarkesa e një bërthame është e barabartë me shumën e ngarkesave të protoneve të përfshira në të, masa e bërthamës nuk është e barabartë me shumën e masave të protoneve dhe neutroneve të lira individuale (nukleoneve), ajo është disi më e vogël se atë. Kjo shpjegohet me faktin se energjia lidhëse kërkohet për të lidhur nukleonet në bërthamë (për të organizuar ndërveprim të fortë) E.Çdo nukleon (si proton ashtu edhe neutron), duke hyrë në bërthamë, në mënyrë figurative, lëshon një pjesë të masës së tij për të formuar një ndërveprim të fortë intranuklear, i cili "ngjit" nukleonet në bërthamë. Për më tepër, sipas teorisë së relativitetit (shih Kapitullin 3), ndërmjet energjisë E dhe masës m ekziston një relacion E = mc 2, ku Me- shpejtësia e dritës në vakum. Pra, formimi i energjisë lidhëse të nukleoneve në bërthamën E St.çon në uljen e masës së bërthamës nga i ashtuquajturi defekt i masës Δm = E St.· c 2 . Këto ide janë konfirmuar nga eksperimente të shumta. Duke skicuar varësinë e energjisë së lidhjes për nukleon Esv/ A= ε në numrin e nukleoneve në bërthamë A, do të shohim menjëherë natyrën jolineare të kësaj varësie. Energjia lidhëse specifike ε me rritje A Në fillim rritet ndjeshëm (për bërthamat e lehta), më pas karakteristikat afrohen horizontale (për bërthamat e mesme), dhe më pas zvogëlohen ngadalë (për bërthamat e rënda). Për uranium ε ≈ 7,5 MeV, dhe për bërthamat mesatare ε ≈ 8,5 MeV. Bërthamat e mesme janë më të qëndrueshmet, ato kanë një energji të lartë lidhëse. Kjo hap mundësinë e marrjes së energjisë duke e ndarë një bërthamë të rëndë në dy bërthama më të lehta (të mesme). Një reagim i tillë i ndarjes bërthamore mund të ndodhë duke bombarduar një bërthamë uraniumi me një neutron të lirë. Për shembull, 2 3 5 92 U ndahet në dy bërthama të reja: rubidium 37 -94 Rb dhe cezium 140 55 Cs (një nga variantet e ndarjes së uraniumit). Reagimi i ndarjes së një bërthame të rëndë është i jashtëzakonshëm në atë që, përveç bërthamave të reja më të lehta, shfaqen dy neutrone të reja të lira, të cilat quhen dytësore. Në këtë rast, çdo ngjarje e ndarjes përbën 200 MeV energji të çliruar. Ai lëshohet në formën e energjisë kinetike të të gjitha produkteve të ndarjes dhe më pas mund të përdoret, për shembull, për të ngrohur ujin ose ftohës tjetër. Neutronet dytësore, nga ana tjetër, mund të shkaktojnë ndarje të bërthamave të tjera të uraniumit. Formohet një reaksion zinxhir, si rezultat i të cilit mund të çlirohet energji e madhe në mjedisin e mbarështimit. Kjo metodë e gjenerimit të energjisë përdoret gjerësisht në armët bërthamore dhe centralet bërthamore të kontrolluara në termocentrale dhe objekte të transportit bërthamor.

Përveç metodës së treguar për marrjen e energjisë atomike (bërthamore), ekziston një tjetër - shkrirja e dy bërthamave të lehta në një bërthamë më të rëndë. Procesi i kombinimit të bërthamave të lehta mund të ndodhë vetëm kur bërthamat origjinale afrohen në një distancë ku tashmë veprojnë forcat bërthamore (ndërveprim i fortë), domethënë ~ 10 - 15 m. Kjo mund të arrihet në temperatura ultra të larta të urdhri prej 1,000,000 °C. Procese të tilla quhen reaksione termonukleare.

Reaksionet termonukleare në natyrë ndodhin në yje dhe, natyrisht, në Diell. Në kushtet e tokës, ato ndodhin gjatë shpërthimeve të bombave me hidrogjen (armë termonukleare), fitilja e së cilës është një bombë e zakonshme atomike, e cila krijon kushte për formimin e temperaturave ultra të larta. Fuzioni termonuklear i kontrolluar deri më tani ka vetëm një fokus kërkimor. Nuk ka instalime industriale, por puna në këtë drejtim po kryhet në të gjitha vendet e zhvilluara, përfshirë Rusinë.

2.11. Radioaktiviteti

Radioaktiviteti është shndërrimi spontan i një bërthame në një tjetër.

Prishja spontane e izotopeve bërthamore në kushte natyrore mjedisore quhet natyrale, dhe në kushte laboratorike si rezultat i veprimtarisë njerëzore - radioaktiviteti artificial.

Radioaktiviteti natyror u zbulua nga fizikani francez Henri Becquerel në vitin 1896. Ky zbulim shkaktoi një revolucion në shkencën natyrore në përgjithësi dhe në fizikë në veçanti. Fizika klasike e shekullit të 19-të. me bindjen e saj në pandashmërinë e atomit u bë një gjë e së shkuarës, duke i lënë vendin teorive të reja.

Zbulimi dhe studimi i fenomenit të radioaktivitetit lidhet edhe me emrat e Marie dhe Pierre Curie. Këta studiues u nderuan me Çmimin Nobel në Fizikë në vitin 1903.

Radioaktiviteti artificial u zbulua dhe u studiua nga bashkëshortët Irene dhe Frederic Joliot-Curie, të cilët gjithashtu morën çmimin Nobel në 1935.

Duhet të theksohet se nuk ka asnjë ndryshim thelbësor midis këtyre dy llojeve të radioaktivitetit.

Për çdo element radioaktiv janë bërë vlerësime sasiore. Kështu, probabiliteti i zbërthimit të një atomi në një sekondë karakterizohet nga konstanta e zbërthimit të një elementi të caktuar l, dhe koha gjatë së cilës gjysma e një kampioni radioaktiv zbërthehet quhet gjysma e jetës G05.

Me kalimin e kohës, numri i bërthamave të paprishura N zvogëlohet sipas ligjit eksponencial:

N= N 0 e -λt ,

ku N 0 është numri i bërthamave të pazbërthyera në një kohë t = t 0 (d.m.th., numri fillestar i atomeve), N- vlera aktuale e numrit të paprishura

Ky ligj quhet ligji elementar i zbërthimit radioaktiv. Nga kjo mund të marrim formulën për gjysmën e jetës:

Numri i zbërthimeve radioaktive në një kampion për sekondë quhet Aktiviteti i barit radioaktiv. Më shpesh, aktiviteti shënohet me shkronjë A atëherë sipas përkufizimit:

ku shenja "-" do të thotë në rënie N në kohë.

Njësia e aktivitetit në sistemin SI është Bekereli (Bq): 1 Bq=1decay/1s. Shpesh në praktikë, përdoret një njësi jashtë sistemit - Curie (Ci), 1 Ci = 3.7 10 10 Bq.

Mund të tregohet se aktiviteti zvogëlohet me kalimin e kohës edhe sipas një ligji eksponencial:

A = A 0 e -λt .

Pyetje vetë-testimi

1. Çfarë është materia? Cilat lloje të materies dallohen në kuptimin modern?

2. Shpjegoni konceptin e “grimcave elementare”. Emërtoni karakteristikat më të rëndësishme të grimcave elementare. Si klasifikohen grimcat elementare?

3. Sa lloje të ndërveprimit njihni? Emërtoni veçoritë e tyre kryesore.

4. Çfarë janë antigrimcat?

5. Cila është specifika e studimit të mikrobotës në krahasim me studimin e mega- dhe makrobotës?

6. Përshkruani shkurtimisht historinë e zhvillimit të ideve për strukturën e atomit.

7. Formuloni postulatet e N. Bohr-it. A është e mundur, duke përdorur teorinë e N. Bohr, të shpjegojmë strukturën e atomeve të të gjithë elementëve të tabelës së D. I. Mendeleev?

8. Kush dhe kur e krijoi teorinë e fushës elektromagnetike?

9. Çfarë është radioaktiviteti?

10. Emërtoni llojet kryesore të zbërthimit radioaktiv.

Fillimisht le të ndalemi te fakti se termi i njohur "çështje" jo gjithmonë përdoret si duhet në literaturë. Ajo që shohim, matim ose studiojmë nuk është materie, por substancë.

Për të krijuar një siguri më të madhe në konceptet e materies dhe substancës, ne do të shqyrtojmë më tej tre përkufizime të njohura.

“Materia është e gjithë shumëllojshmëria e objekteve që ekzistojnë në mënyrë të pavarur dhe jashtë njeriut, i arritshëm për të nëpërmjet shqisave” [ P. Holbach, materialist francez i iluminizmit].

"Materia është një kategori filozofike për të përcaktuar realitetin objektiv, i cili i jepet një personi në ndjesitë e tij, i cili kopjohet, fotografohet, shfaqet nga ndjesitë tona, duke ekzistuar në mënyrë të pavarur prej tyre." [NE DHE. Lenin, "Materializmi dhe empirio-kritika", 1909].

Të tre përkufizimet lidhin praninë e materies me perceptimin shqisor njerëzor. Megjithatë aparati shqisor i njeriut përzgjedh vetëm një sasi të vogël informacioni(përsa i përket rrezatimit - më pak se 5%) nga bota përreth nesh. Kështu, ne shohim vetëm një pjesë të ngushtë të rrezatimit optik, ndërsa rrezatimi radioaktiv dhe radiofrekuenca ekzistuese objektivisht nuk vërehet fare. Gama e perceptimit dëgjimor ndryshon midis individëve, por është gjithashtu e kufizuar nga një kufi i sipërm (rreth ~20 kHz).

Le t'i kushtojmë vëmendje faktit që formulimet e mësipërme thonë për materien si bazë e të gjitha gjërave dhe dukurive, por për vetë gjërat dhe dukuritë, megjithatë, kategoritë e materies dhe substancës nuk janë të ndara qartë.

Përpjekjet për të përdorur ndonjë grimcë të njohur materiale si bazë të universit nuk kanë çuar askund; një "tullë e parë" e tillë nuk është gjetur ende.

Idetë fizike rreth mikrokozmosit tregojnë se asnjë nga mikrogrimcat e njohura aktualisht nuk mund të pretendojë se është themelore dhe të veprojë si bazë e universit.

Prandaj, për të shpjeguar vetitë e substancës misterioze - materies, përdoren hipoteza të ndryshme.

Në përputhje me hipotezën e parë, ideja e diskretitetit dhe strukturimit, e natyrshme në mikro- dhe makrobotën, ruhet në nënmikrobotën. E vetmja gjë është se niveli modern i shkencës dhe teknologjisë në thelb nuk na lejon të zbulojmë objekte të tilla të vogla (objekte të nënmikrobotës), e lëre më të punojmë me këto objekte. Një shembull është puna jo e plotë kërkimore ndërkombëtare për studimin e karakteristikave të bozonit Higgs, i cili vlerësohet me vetitë e një bartësi të karakteristikave të masës në botën e grimcave elementare.

Një ilustrim i këtij pozicioni metodologjik është shprehja e famshme e V. Leninit: “Elektroni është po aq i pashtershëm sa atomi”.

Hipoteza e dytë bazohet në pashmangshmërinë e dallimeve themelore në karakteristikat e materies dhe substancës. Aftësia e materies për të qenë baza themelore e të gjitha gjërave dhe dukurive e kërkon këtë materia kishte një cilësi unike, të ndryshme nga vetitë e materies. Meqenëse karakteristika kryesore e një substance është ajo diskrete, materia duhet të ketë cilësi të kundërt – d.m.th. vazhdimësi.

Kështu, supozohet se materia është substancë e vazhdueshme, e vazhdueshme pa strukturë, cilësitë kryesore të të cilave janë mungesa diskrete Dhe masat(e zakonshme për metrologjinë klasike) me karakteristika shoqëruese (shumë - pak, të ngrohtë - të ftohtë, të rëndë - të lehtë etj.).

Nga kjo rrjedh se lënda nuk mund të jepet në ndjesi. Ju mund të ndjeni objekte reale, diskrete që kanë masë. Asnjë mjet teknik modern i vëzhgimit nuk mund të "vëzhgojë" materien e vazhdueshme dhe pa strukturë. Materia në parim nuk është e vëzhgueshme (le të sqarojmë - në nivelin aktual të zhvillimit të shkencës dhe teknologjisë). Vetëm derivati ​​dytësor i materies - substanca - është i vëzhgueshëm. Vetëm realizimet e saj jepen në ndjesi.

Le të përpiqemi të nxjerrim një analog të përafërt të materies në terma më të arritshëm. Le të imagjinojmë një enë të mbushur me pak lëng. Le të ngrohim lëngun dhe të sjellim një pasqyrë të ftohur në sipërfaqen e tij. Sipërfaqja e pasqyrës do të mbulohet me kondensatë ("mjegull"), të cilat janë mikropika lëngu. Nëse keni mbështetje të mirë teknike, mund të përcaktoni sasinë e karakteristikave të nivelit molekular të kondensatës - erën, përbërjen, etj. Në varësi të vetive të pasqyrës (temperatura, materiali i përdorur, etj.), karakteristikat e avullit të kondensuar- përzierje gaz-ajër do të ndryshojë. Le të heqim faktorin provokues - ngrohjen. A do të zhduket procesi i përshkruar? Jo, vetëm efektiviteti i tij do të ulet. Sidoqoftë, duke marrë parasysh mikro-nivelin e elementeve ndërveprues, ende mund të flasim për një sërë ngjarjesh individuale në kufijtë e fazave ndërvepruese - lëngu, ajri dhe pasqyra. Le të kthehemi te kushtet origjinale. Lëngu është një analog i përafërt i lëndës së vazhdueshme. Kjo e fundit, së bashku me pasqyrën, formon mjedisin material të vakumit fizik. Kondensata dhe përzierja avull-gaz-ajër janë manifestime të strukturave reale materiale fizike të lindura nga lënda e lëngshme.

Nuk ka nevojë të kërkojmë mospërputhje midis materies dhe lëngut në modelin e propozuar; nuk ka asnjë model të rreptë shkencor të materies. Nuk është kjo gjëja. Fakti është se vetitë e fushës (!) të nivelit nënbërthamor sugjerojnë mundësinë e proceseve të shkëmbimit në kufijtë e fazave lëndë-substancë. Detajet e proceseve të tilla në nivelin nënbërthamor nuk dihen ende në detaje, por ka një bollëk analogësh fiziko-kimikë në nivel material.

Cila është marrëdhënia themelore midis entiteteve të tilla kontradiktore? Sipas çfarë ligjesh ndodhin kalimet nga e vazhdueshme në diskrete dhe diskrete në të vazhdueshme? Shumica e problemeve në fizikë mbeten të pazgjidhura për shkak të mungesës së përgjigjeve për këto pyetje. Për të njëjtat arsye, nuk kishte një dallim të qartë midis materies dhe materies, dhe fizika, duke e quajtur veten një shkencë materialiste, studionte në radhë të parë materien dhe fushën, d.m.th. manifestimet e materies.

Prandaj, arsyetimi për një objekt biologjik si një substancë materiale na çon në një analizë të anës materiale të çështjes. Me sa duket, ende nuk ka informacion të mjaftueshëm për të kuptuar, analizuar dhe studiuar çështjen si të tillë. Kjo situatë nuk e heq rëndësinë e studimit të nënmikrobotës, por arritjet shkencore, hipotezat dhe teoritë në këtë fushë janë fati i së ardhmes.

Sa i përket studimit të mëtejshëm të tablosë materiale të botës, sqarimi i vetëm kësaj ane të çështjes premton gjithashtu përparime të rëndësishme në biologji dhe mjekësi.

V. Vernadsky shkroi: "Ajo që është e habitshme nuk është se njeriu u ngrit, ajo që është e habitshme është se u krijuan kushtet për shkak të të cilave ai u ngrit." Kjo deklaratë na referon drejtpërdrejt në fillimet e shfaqjes dhe zhvillimit të materies materiale. Është e habitshme, veçanërisht, që të gjitha nivelet hierarkike të njohura për ne kryejnë një detyrë të përgjithshme të përbashkët (duke përdorur, natyrisht, mekanizma të ndryshëm), e cila çon në manifestime të holizmit, sinergjisë dhe vetëorganizimit.

Tabela. Nivelet e hierarkisë, elementet strukturore të trupit me përcaktimin e funksioneve dhe sinjaleve të informacionit të sistemeve të ndryshme.

Materia dhe fusha janë koncepte themelore fizike që tregojnë dy parime themelore. lloji i materies në nivel makroskopik:

Materia është një koleksion formacionesh diskrete që kanë një masë pushimi (atome, molekula dhe çfarë është ndërtuar prej tyre);

Një fushë është një lloj lënde që karakterizohet nga vazhdimësia dhe ka masë pushimi zero (fusha elektromagnetike dhe fusha e gravitetit - fushë gravitacionale).

Zbulimi i fushës si një lloj materie kishte një rëndësi të madhe filozofike, pasi zbuloi mospërputhjen e identifikimit metafizik të materies me substancën.

Zhvillimi i Leninit të përkufizimit dialektik-materialist të materies u bazua kryesisht në një përgjithësim filozofik të zhvillimit të doktrinës së materies.Në nivelin subatomik (d.m.th., në nivelin e grimcave elementare), dallimi midis materies dhe materies bëhet relativ. . P. (elektromagnetike dhe gravitacionale) humbasin karakterin e tyre thjesht të vazhdueshëm: ato duhet të korrespondojnë me formacione diskrete - kuante (fotone dhe gravitone). Dhe grimcat elementare nga të cilat përbëhet materia - protonet, neutronet, elektronet, mezonet, etj. - veprojnë si kuanta të nukleonit, mezonit dhe fushave të tjera përkatëse dhe humbasin karakterin e tyre thjesht diskret.

Në nivelin subatomik, është e paligjshme të bëhet dallimi midis valëve dhe fushave bazuar në praninë ose mungesën e masës së prehjes, pasi fushat nukleoni, mezon, etj. kanë masë pushimi. Në moderne Në fizikën e fushës dhe të grimcave, dy anë të lidhura pazgjidhshmërisht të mikrobotës shfaqen si një shprehje e unitetit të vetive korpuskulare (diskrete) dhe valore (të vazhdueshme, të vazhdueshme) të mikroobjekteve. Idetë për P. veprojnë gjithashtu si bazë për shpjegimin e proceseve të ndërveprimit, duke mishëruar parimin e veprimit me rreze të shkurtër.

26.Dualiteti valë-grimcë.

Në vitin 1924, ndodhi një nga ngjarjet më të mëdha në historinë e fizikës: fizikani francez Louis de Broglie parashtroi idenë e vetive valore të materies. Në veprën e tij "Drita dhe Materia" ai shkroi për nevojën e përdorimit të koncepteve të valëve dhe grimcave jo vetëm në përputhje me mësimet e Ajnshtajnit në teorinë e dritës, por edhe në teorinë e materies.

Broglie argumentoi se vetitë valore, së bashku me ato korpuskulare, janë të natyrshme në të gjitha llojet e materies: elektronet, protonet, atomet, molekulat dhe madje edhe trupat makroskopikë.

Sipas Broglie, çdo trup me masë m që lëviz me shpejtësi v korrespondon me një valë

Në fakt, një formulë e ngjashme ishte e njohur më herët, por vetëm në lidhje me kuantet e dritës - fotonet.

Në vitin 1926, fizikani austriak Schrödinger gjeti një ekuacion matematikor që rregullon sjelljen e valëve të materies, i ashtuquajturi ekuacion i Shrodingerit. Fizikani anglez Dirac e përgjithësoi atë.

Mendimi i guximshëm i Broglie për "dualizmin" universal të grimcave dhe valëve bëri të mundur ndërtimin e një teorie me ndihmën e së cilës ishte e mundur të përqafoheshin vetitë e materies dhe dritës në unitetin e tyre.

Megjithatë, hipoteza e de Broglie kishte nevojë për konfirmim eksperimental. Dëshmia më bindëse e ekzistencës së shenjtorëve të valëve në materie ishte zbulimi në 1927. difraksioni i elektroneve nga fizikanët amerikanë Davindson dhe Dmermer.

Në të gjitha rastet, rezultatet konfirmuan plotësisht hipotezën e de Broglie. Njohja e dualitetit valë-grimcë në fizikën moderne është bërë universale. Çdo objekt material karakterizohet nga prania e vetive korpuskulare dhe valore.

Fakti që i njëjti objekt shfaqet edhe si grimcë edhe si valë, shkatërroi idetë tradicionale.