Geum.ru

Е. П. Чивиков философия силы «аристотель» Москва 1993 Чивиков Е. П. Философия Силы книга

Вид материалаКнига
2. Элементарные частицы
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   36

2. Элементарные частицы


Самые малые из частиц — это так называемые элементарные частицы. Прежде всего к ним относят фотон и гравитон как кванты, минимальные порции соответствующей энергии. При этом указывается, что фотон и гравитон вообще не имеют массы покоя и существовать могут лишь в движении, то есть лишь в состоянии излучений. Но тогда их вряд ли следует причислять к категории материальных частиц. Если фотон не существует вне световой волны, то он и является всего лишь частью волны, всего лишь порцией света, но никак не материей. По той же причине нельзя и гравитон считать материальным, тем более, что и самой гравитационной энергии не существует, по крайней мере, до сих пор её не удалось обнаружить.

Следом за фотоном и гравитоном идут два нейтрино (мюонное и электронное) и два антинейтрино. Если эти частицы тоже не имеют массы покоя, то и они не могут считаться настоящими материальными частицами. Если же они всё-таки обладают массой покоя, то, конечно, они должны быть причислены к категории частиц материальных. В.А. Любимовым и его коллегами экспериментально было обнаружено, что масса покоя нейтрино конечна и близка к 20 эв. Кроме того, известно, что нейтрино способны вступать в реакцию с другими частицами, их можно регистрировать, подсчитывать их количество. Так, например, Ф.Рейнес и К.Л. Коуан младший показали, что нейтрино при прохож­дении через пузырьковую камеру с жидким водородом вызывает реакцию соединения с протоном, разлагая его на нейтрон и позитрон. При этом масса полученных нейтрона и позитрона больше массы прото­на. Реально предположить, что нейтрино в этом случае соединяется с


протоном именно как материальная частица, а не как некий вид излу­чения.

Следующими из числа так называемых фундаментальных частиц являются электрон и позитрон. Их масса равна примерно 0,5 Мэв. Это уже самые настоящие материальные частицы, представляющие собой квант электроэнергии в непроводящей среде, то есть локализованный в некотором объёме сгусток электроэнергии. Все частицы имеют тот или иной заряд, то есть в них обязательно имеется какое-то количество электричества. Электрон же и позитрон — самые малые из таких электрически заряженных частиц. Это как бы нижняя ступень сущест­вования электроэнергии в форме сгустка — материальной частицы. (Частиц с дробным зарядом не обнаружено и, очевидно, не существует в природе). Случаи же существования частиц с нейтральным зарядом можно считать наличием в таких частицах электричества положитель­ного и отрицательного в равных количествах.

В разряде фундаментальных частиц к группе лептонов (лептон — мелкий) вместе с электроном, позитроном и четырьмя нейтрино относят­ся также: мюон (масса 105,66 Мэв) и антимюон, эта (масса 550 Мэв), являющаяся своей же античастицей, каон нейтральный (497,8 Мэв) и антикаон нейтральный, каон отрицательный (494 Мэв) и антикаон положительного заряда, пион нейтральный (135 Мэв), являющийся своей античастицей, пион положительный (139,6 Мэв) и пион отрица­тельный, которые являются античастицами друг друга.

За лептонами следуют более тяжёлые частицы — барионы, все из которых, за исключением протона и нейтрона, которые называются нук­лонами, обозначаются ещё гиперонами. Открыты гипероны были с 1950 по 1960 гг при изучение космических лучей и ускоренных частиц, и они тоже причислены к разряду фундаментальных частиц. К барионам отно­сятся: кси нейтральная (1311 Мэв), кси отрицательная (1318,4 Мэв), сигма положительная (1189,4 Мэв), сигма нейтральная (1191,5 Мэв), сигма отрицательная (1196 Мэв), лямбда нейтральная (1115,4 Мэв), нейтрон (939,5 Мэв), протон (938,2 Мэв) и соответствующие им всем античастицы.

Кроме этих так называемых фундаментальных частиц, известны также: альфа-частица (ядро атома гелия), ро-частица, омега. Сравнительно недавно открыты пси-I и пси-II, это очарованные частицы.

Существует представление и о гипотетических частицах — план-кеонах и тахионах. Разработаны идеи о существовании кварков, у кото­рых должен быть дробный заряд, и из которых, как полагают, построены

все элементарные частицы, но которых никто ещё не смог обнаружить в виде самостоятельных материальных образований.

Попыток систематизировать элементарные частицы было множе­ство, но ни одна система не смогла раскрыть всего комплекса вопросов, в каждой систематизации есть свои недостатки. И поэтому до сих пор было неясно, что же представляют собой элементарные частицы вообще.

По этому поводу можно сказать следующее. Во-первых, теоретически существовать могут самые разные частицы с самой разной массой и самым разным зарядом. И зависит это лишь от того, какая энергия и сколько какой энергии находится внутри частицы — сгустка. Но, очевидно, подавляющее большинство из частиц весьма и весьма неустойчивы. Поэтому-то они себя и не проявляют как реальные ма­териальные образования.

Во-вторых, устойчивые в той или иной степени частицы имеют тенденцию существовать лишь в определённых по массе "островах ус­тойчивости". Первым таким "островом" могут считаться частицы с мас­сой порядка 20 эв (если такие частицы вообще существуют в качестве материальных образований). Сюда вошли бы: электронное нейтрино, электронное антинейтрино, мюонное нейтрино и мюонное антинейтрино.

Второй остров ограничен массой около 0,5 Мэв (500 000 эв). Здесь располагаются электрон и позитрон.

Третий остров устойчивости — масса около 100 - 130 Мэв. В него входят мюоны (105,66 Мэв) и пионы (135 и 139,6 Мэв).

Следующий остров — частицы с массой примерно в 500+50 Мэв. Это каоны заряженные (494 Мэв) и каон нейтральный (497,8), а также частица эта (550 Мэв).

Затем свойство устойчивости проявляется при массе частиц поряд­ка 1 000 - 1 300 Мэв. В этом острове располагаются: протон и антипротон (938,2 Мэв), нейтрон и антинейтрон (939,5 Мэв), лямбда и антилямбда (1115,4 Мэв), сигма положительная и антисигма отрицательного заряда (1189,4 Мэв), сигма нейтральная и антисигма нейтральная (1191,5 Мэв), сигма отрицательная и антисигма положительного знака заряда (1196 Мэв), кси нейтральная и антикси нейтральная (1311 Мэв, кси отрица­тельная и антикси положительного заряда (1318,4 Мэв).

И, наконец, последний остров устойчивости, образуемый частицами пси-I (3105 Мэв) и пси-Н (3695 Мэв).

Между этими островами устойчивости частицы, вообще-то говоря, тоже могут существовать, но они, очевидно, настолько неустойчивы, что

тут же расплываются, превращаясь в излучения. Это, наверное, и есть те самые "волновые пакеты", крайняя неустойчивость которых мешает посчитать все вообще частицы формой существования энергии. Внутри же островов устойчивости действуют какие-то факторы, благодаря кото­рым энергетические сгустки могут существовать довольно длительное время.

Кроме перечисленных частиц, внутри островов устойчивости мо­гут существовать, и, значит, могут быть обнаружены и другие частицы. Разнообразие их может быть огромным, масса их может быть самой разной, разными могут быть и заряды и по знаку, и по величине. Всё зависит от того, какая энергия образует частицу и сколько какой энергии в частице.

Можно предположить, что за островами в: 20 эв, 0,5 Мэв, 100-130 Мэв, 500-550 Мэв, 1 000 - 1 300 Мэв, 3 000 - 4 000 Мэв возможно наличие следующего острова в границах 8 000 - 10 000 Мэв. Но пока таких частиц не обнаружено. Наверное, при дальнейшем (выше 3 000 - 4 000 Мэв) повышении массы частиц свойство устойчивости вообще пропадает. С другой стороны, группой элементарных частиц вовсе не ограничивается материя. Из этой группы вырастает новая группа частиц, имеющих свои отличительные свойства и своё специфическое функционирование в природе. Этой группой являются ядра атомов.

3. Ядра атомов

Начинается группа ядер от протона, который является одновре­менно и элементарной частицей, и ядром самого малого атома — водоро­да.

Ядра атомов — это такие же сгустки энергии, как и элементарные частицы, внутри них нет ничего, кроме образующей их энергии. Они не построены ни из каких других частиц. В них нет никаких соединений или сцеплений более мелких частичек. Есть только энергия, принявшая фор­му стабильно-сгруппировавшегося образования.

Ядер атомов известно около ста. Сюда входят и те, которые встре­чаются в природе в своём натуральном виде (до 98-го элемента — урана), и искусственно синтезированные (до 107-го крайне неустойчивого эле­мента). Масса ядер в грубом виде может быть выражена целым числом масс протона, то есть возрастание массы идёт порциями порядка 1 000 Мэв, что и принимается за единицу атомного, а точнее, ядерного веса.

Кроме самих ядер, то есть устойчивых и наиболее распрост­ранённых в природе частиц, искусственно синтезировано уже более 1 000



изотопов. Даже в природных условиях у каждого атома имеются два и более изотопов. Всех же разновидностей ядер к настоящему времени насчитывается 1886.

Классифицируют атомы, а значит, и образующие их ядра не по тому, какие это в действительности частицы, и даже не по возрастанию их масс, а по тому, с какими другими атомами и как они вступают во взаимосвязь, образуя молекулы. Иначе говоря, классификация атомов основана на наличии у них того или иного заряда.

Так, к водороду причисляют совершенно разные частицы, атомная масса которых исчисляется и в один, и в два, и в три, и в четыре, и даже в пять масс протона. И к следующему за ним в Таблице Менделеева атому гелия относят частицы с массовым числом от трёх до шести. Так же обстоит и с другими атомами.

Приведём следующую таблицу.



и т.д.

Здесь указана масса всего атома, то есть ядра с электронной обо­лочкой, но оболочка настолько незначительна по массе, что ею можно пренебречь. Тем более, что у всех изотопов каждого атома электронная оболочка должна быть практически одинаковой.

Из приведенных цифр видно, что один и тот же по названию атом может иметь значительно разную массу, хотя химические соединения все эти изотопы могут образовывать одинаковые. Но ведь совершенно очевидно, что изотопы — это разные частицы, значит, и соединения, образуемые ими, не могут быть одинаковыми. Это вовсе не различные состояния одной частицы — одного атома, а именно разные частицы. (Частицы с близкой массой — изобары. Это тоже не одна и та же частица при некоторых её особенностях, а именно и тем более разные частицы.)

Тогда получается, что если уж классифицировать частицы — атомные ядра по возрастанию массы, то Таблицу Менделеева следует сильно расширить, и вид она должна приобрести такой:









и т.д.

Сюда следовало бы отнести и все другие изотопы. Например, 4Н и Н и даже те, которые ещё не открыты, но вполне могут существовать. И исходить при подобной классификации нужно, конечно, не из массы всего атома, а лишь его ядра. Например, масса Н водорода составляет 1,007825, а масса протона — водородного ядра составляет 1,007276. Но здесь важен сам принцип, а не точность цифр. А из этого принципа выходит, что частицы все разные, и называться они должны по-разному,

а не группами по их способности вступать в химические соединения. Сегодня же атомы и их ядра классифицируют и называют по наиболее устойчивым из изотопов, как и все их соединения обозначают одним и тем же веществом, что, конечно, совершенно не верно. Например, обыч­ная вода и тяжёлая вода — это вовсе не одно и то же вещество, как не являются одним и тем же входящие в состав молекулы воды разные изотопы водорода или кислорода.

Группа ядер атомов, будучи островом устойчивости данной кате­гории частиц, не обуславливает одинаковую устойчивость всех вхо­дящих сюда частиц. И если из всех частиц наиболее устойчивы те, которые и обозначают как собственно атомы, а точнее, — их ядра, а менее устойчивы — остальные изотопы, то и среди собственно атомных ядер устойчивость различна. В 1934 г В.М. Эльзассер отметил, что наибольшей устойчивостью обладают атомы, ядра которых состоят из определённого числа нуклонов. Эти числа, названные магическими, та­ковы: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126.

Тогда, наверное, устойчивость частиц должна выглядеть так, что в острове располагаются островки (с магическими числами нуклонов) и подостровки (сами атомы без неустойчивых изотопов).

С повышением же массы ядер до элемента урана, имеющего 98 номер, состояние устойчивости частиц начинает пропадать, ограничивая тем самым данный остров — группу ядер. Все трансурановые элементы (следующие за ураном) настолько неустойчивы, что в природе вообще практически не встречаются. Элемент же под номером 107 настолько неустойчив, что, будучи синтезирован, не успевает даже создать себе электронную оболочку. Так быстро он распадается. Существует теоретическая возможность синтезировать элемент более тяжёлый, чем 107-й, магическое число 126 позволяет надеяться на существование и здесь островка устойчивости. Но как бы там ни было, частицами с массой порядка ста масс протона данный остров устойчивого состояния энергии в форме стабильно сгруппировавшейся всё же ограничивается. И следу­ющий остров появляется уже при очень значительном возрастании мас­сы. Это уже совершенно другие частицы материальные. А именно: шаровые молнии.