Теория Большого Взрыва

Введение Годом всеобщего признания атомов является 1910 год, но уже к 1870 году вполне четко оформилось мысль о том, что то, что мы называли атомом, состоит из более мелких частиц. Иначе говоря, атом имеет структуру, в его состав входит доселе неизвестное нам. На это указывало ряд экспериментальных данных. Отсюда перед наукой возникла проблема обнаружения этих частиц.Части, составляющие атом Новые частицы, которые входят в состав атомов, были обнаружены. В 1897 году получил право гражданства электрон – первая обнаруженная частица из многочисленного семейства элементарных частиц.

В том же году Дж. Дж. Томпсон определил его заряд и массу. Открытие электрона стало самым важным достижением в познании природы со времени признания реальности атома. Однако в смысле признания электрон также разделил судьбу атома. Его реальность была признана далеко не сразу. Даже в 1920 году великий Рентген продолжал сомневаться в его существовании.Но другой великий – Гендрик Антон Лоренц, наоборот, безоговорочно поверил в реальность существования электрона и построил прекрасную теорию, допускающую экспериментальную проверку его реальности.

Таким образом, в 1897 году узнали о существовании электронов, входящих в состав всех атомов. Его открытие, как и любое великое открытие, поставило перед исследователями ряд принципиальных вопросов. Хорошо, доказали, что в атоме есть электроны.Но что они там делают, как себя ведут? Делимы ли они или нет? Есть ли в атоме еще какие – либо частицы? Наконец как устроен атом? В 1904 году Дж. Дж. Томпсон предложил модель атома в виде положительно заряженного шара диаметром 10ˉ8 см, внутри которого плавают отрицательные электроны, Их число определяется требованием выполнения условия нейтральности атома . Это требование эксперимента.

Отмечу, что впервые размер атома оценил в 1865 году Йозеф Лошмидт. Действительно неисповедимы пути познания. Одни доходят до измерения размеров атомов, а другие не верят в их существование.К началу века эта модель стала общепринятой, хотя предлагались и иные модели.

Требовался эксперимент. Чтобы сделать выбор между различными моделями и узнать, как же все–таки устроен атом. Такой эксперимент был поставлен в 1909 году Эрнестом Резерфордом; теперь он описан даже в школьных учебниках физики.Эксперимент однозначно показал ,что атом подобен Солнечной системе: он состоит из ядра и электронов, которые обращаются вокруг него на расстояниях порядка 10ˉ8 см. Размеры самого ядра порядка 10ˉ13 см, но в нем заключена практически вся масса атома. Итак, в атоме есть массивное положительно заряженное ядро. Возникает вопрос: что оно собой представляет? Представление о планетарной модели атома с неизбежностью ведет к предположению о наличии ядре положительно заряженных частиц.

И их назвали протонами. Этот термин ввел вначале 1920 года Резерфорд, так назвав ядро водорода – самого легкого из атомов. Протон по-гречески означает простейший, первичный.Но датой открытия протона следует считать 1911 год. Оказалось, что протон имеет равный по величине и противоположный по знаку заряд с электроном.

Но масса протона значительно больше массы электрона, так что на фоне протона электрон можно считать безмассовой частицей. Теперь нам стали известны две частицы: электрон и протон. Возможно они и есть атомы Демокрита ? Нельзя ли на их основе построить все наблюдаемые вещества? Такие вопросы встали перед исследователями.И Резерфорд предлагает концепцию электронно – протонного строения вещества.

Он считает, что атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов, а само ядро есть не что иное, как связанная система электронов и протонов.Включение электронов в состав ядра диктуется простым соображением: иначе нельзя понять, почему существуют атомы, обладающие большой массой, но относительно малой величиной заряда ядра. Ядерные электроны помогают скомпенсировать избыточный положительный заряд протонов, включение которых в ядро необходимо с точки зрения величины массы атома.

Таким образом, Резерфорд указывает путь построения всех атомов, используя частицы только двух сортов: электроны и протоны. Эта концепция строения вещества господствовала до 1930 года. Однако сам Резерфорд чувствовал , что построение ядра только из протонов и электронов сталкивается с определенными трудностями. Ряд экспериментальных особенностей строения ядра не укладывался в эту картину.И в 1920 году он выдвинул гипотезу о существовании в ядре еще одной, но нейтральной частицы – нейрона.

Ученый предложил даже модель ее строения. По его мнению, нейрон является сильно связанным состоянием электрона и протона. Резерфорд продолжает придерживаться позиции электронно – протонного строения вещества. Дело встало за экспериментом. Но нейрон долгое время «ускользал» от исследователей. В 1932 году ситуация коренным образом изменилась. В этом году Чэдвику наконец удалось его поймать. Нейрон получил право самостоятельной новой частицы.Его масса чуть – чуть больше массы протона.

Через несколько месяцев после открытия нейрона была высказана гипотеза о протонно – нейтронном строении ядра. В дальнейшем она нашла свое экспериментальное подтверждение. Электронно – протонно – нейронная картина строения вещества вступила в свои права. Мы получили знания о том, что все вещества можно построить из электронов, протонов и нейтронов, т.е. всего из трех видов различных частиц.Если учесть, что в 1905 году было установлено распространение даже света виде частичек, то возникает просто грандиозная картина строения мира. Получается, что наш мир построен всего из четырех типов различных частичек. Фундаментальные частицы Итак, в 1932 году были обнаружены четыре вида частиц: электрон, протон, нейтрон и фотон.

Фотоном назвали частичку света.Этот термин ввел в науку в 1926 году Льюис. Любопытно, что еще в 18 веке Лавуазье в качестве одного из химических элементов рассматривал «световое вещество». В обиход вошло понятие «элементарная частица». НО что понимать под этими словами? Можно ли считать, что обнаруженные частички неделимы? В 1932 году Андерсон в космических лучах , т.е. в лучах идущих к нам из космоса, обнаружил новую элементарную частицу – позитрон.

В1933 позитрон был «создан» в лабораторных условиях. Эта частичка отличается от электрона только В одном отношении, Она заряжена положительно, но по величине ее заряд равен заряду электрона.Электрон и позитрон настолько «ненавидят» друг друга, что , встретившись вместе, исчезают, излучая при этом свет, электромагнитные волны.

Вместо вещества появляется лучистая материя.Такой процесс назвали процессом электронно – позитронной аннигиляции. Кто бы мог подумать, что вещество может исчезать, превращаясь в свет. Еще более странные вещи наблюдаются при столкновении электрона и позитрона высоких энергий. Сталкиваясь они аннигилируют, высвобождая при этом энергию, достаточную для рождения десятков других элементарных частиц.Пи этом могут родиться и известные нам протоны и нейтроны, даже снова электроны, но большинство из рождаемых частиц в окружающем нас веществе не встречаются.

Их век очень короток, и по истечении его они распадаются на обычные частицы. Мы видим, что электроны и позитроны не разбиваются на части даже при очень сильных столкновениях. Здесь имеет место рождение частиц из энергии столкновения, как бы алогично это не звучало. Таким образом в мире существует огромное число разновидностей элементарных частиц.При всем разнообразии частиц общим для них является то, что они, пока существуют, остаются неизменными, сохраняя свою идентичность.

Все частицы конкретного вида тождественны. Они обладают одинаковыми массами, электрическими зарядами, спинами и др. Мысль о том, что должны существовать некие фундаментальные частички, из которых можно построить весь многообразный мир элементарных частиц, напрашивается сама собой. Уж очень много этих частичек.Среди элементарных частиц к фундаментальным относится та группа частиц, где любая из них не построена из других первичных частиц.

Ясно, что эти частицы не делятся, при попытки их деления происходит просто рождение других элементарных частиц. Они не имеют внутренней структуры, их следует считать точечными объектами. Частички с нулевым размером. К этим частицам относятся электрон, мюон, тау-электрон, электронное нейтрино, мюонное нейтрино, тау-нейтрино. Эти частичцы объединены в класс лейптоонов. Мы видим, что общее число лептонов – шесть.НО надо вспомнить, что у каждой частицы есть античастица.

Это их общее число доводит до двенадцати. Эти частицы принято в науке считать истинно фундаментальными. А как же быть с остальными элементарными частицами? Ранее принятая нами идея заставляет нас считать их составными, т.е. состоящими из каких-то других частиц. Иэто предположение блестяще подтвердилось Основная заслуга здесь принадлежит Мари Гелл-Манну и Джорджу Цвейгу. В1963 году они предложили теорию кварков.Суть ее состоит в том, что есть некие частички – кварки, из которых можно построить все остальные элементарные частицы, кроме лептонов.

Правда, кварки приходится наделять странными свойствами: так их заряд является дробным по отношению к заряду электрона. Его величина составляет либо 1|3, либо 2|3 от заряда электрона. Знак же заряда может быть как положительным, так и отрицательным. Кварковая теория нашла блестящее экспериментальное подтверждение. Известно несколько разновидностей кварков.Им присвоили экзотические имена: верхний, нижний, очарованный, странный, истинный, прелестный.

Говорят, что имеется шесть ароматов. Кварк каждого аромата может быть еще и трех цветов – красного, зеленого, синего. Конечно, никакого цвета в житейском смысле у них нет - это просто обозначения. Естественно что у кварков есть масса. Масса кварков вводится в теорию вручную. Поражает широкий диапазон разброса их масс. Так, масса самого тяжелого кварка в 35 000 раз превышает массу самого легкого кварка.Трудно поверить в то, что его масса превышает массу целого атома вольфрама. Существование такого кварка по понятным причинам, было подтверждено только в 1995 году. Шесть кварков различного аромата и шесть лептонов группируют в три, так называемые, поколения, каждое из четырех членов.

В первом поколении – верхний и нижний кварки, электрон и электронное нейтрино, во втором – очарованный и странный кварки, электрон и электронное нейтрино, в третьем – истинный и прелестный кварки и тау-частица со своим нейтрино.

Как же устроены по кварковой теории протон и нейтрон? Оказывается, протон и нейтрон состоят из трех кварков разных цветов. В протоне содержится два верхних и один нижний кварки, в нейтроне – два нижних и один верхний кварки. Не будем углубляться в то, как строятся из кварков остальные частицы. Для нас более важно то, что частицы, которые еще двадцать лет назад считалась элементарными, на самом деле оказались составными.Здесь мы вправе задать вопрос: а не состоят ли эти двенадцать фундаментальных частиц со своими еще двенадцатью античастицами из еще более фундаментальных частиц? Конечно, вообще исключить такую ситуацию нельзя.

Однако в настоящее время в науке существуют веские теоретические основания считать, что более фундаментальных частиц нет, во всяком случае в том мире, в котором мы сейчас живем. Их, возможно, нельзя создать искусственно. Пока скажем так: тремя отмеченными парами исчерпываются все кварки и лептоны, которые существуют в природе.Заключение Я думаю, что в мире атома еще очень много загадок, пройдет время и наука шагнет вперед и, как знать, что нас ждет впереди? План 1. Введение 2. Части, составляющие атом 3. Фундаментальные частицы 4. Заключение Академия Труда и Социальных отношений Кафедра Домашнее задание На тему: Теория строения атома и современное учение о фундаментальных частицах Студент Чуланов А. Социально – экономического факультета заочного отделения Спец: Управление персоналом 1 курса,5 группы (сокращ) Проверил работу Сабиров Р.Х. Оценка Допуск к экзамену Подпись преподавателя Москва 2008.