GeoSELECT.ru



Естествознание / Реферат: История открытия элементарных частиц (Естествознание)

Космонавтика
Уфология
Авиация
Административное право
Арбитражный процесс
Архитектура
Астрология
Астрономия
Аудит
Банковское дело
Безопасность жизнедеятельности
Биология
Биржевое дело
Ботаника
Бухгалтерский учет
Валютные отношения
Ветеринария
Военная кафедра
География
Геодезия
Геология
Геополитика
Государство и право
Гражданское право и процесс
Делопроизводство
Деньги и кредит
Естествознание
Журналистика
Зоология
Инвестиции
Иностранные языки
Информатика
Искусство и культура
Исторические личности
История
Кибернетика
Коммуникации и связь
Компьютеры
Косметология
Криминалистика
Криминология
Криптология
Кулинария
Культурология
Литература
Литература : зарубежная
Литература : русская
Логика
Логистика
Маркетинг
Масс-медиа и реклама
Математика
Международное публичное право
Международное частное право
Международные отношения
Менеджмент
Металлургия
Мифология
Москвоведение
Музыка
Муниципальное право
Налоги
Начертательная геометрия
Оккультизм
Педагогика
Полиграфия
Политология
Право
Предпринимательство
Программирование
Психология
Радиоэлектроника
Религия
Риторика
Сельское хозяйство
Социология
Спорт
Статистика
Страхование
Строительство
Схемотехника
Таможенная система
Теория государства и права
Теория организации
Теплотехника
Технология
Товароведение
Транспорт
Трудовое право
Туризм
Уголовное право и процесс
Управление
Физика
Физкультура
Философия
Финансы
Фотография
Химия
Хозяйственное право
Цифровые устройства
Экологическое право
   

Реферат: История открытия элементарных частиц (Естествознание)



ПЛАН
Введение
Открытие элементарных частиц
2. Теории элементарных частиц
Квантовая электродинамика (КЭД)
Теория кварков
Теория электрослабого взаимодействия
Квантовая хромодинамика
Заключение
Литература
Введение.

В середине и второй половине ХХ века в тех разделах физики, которые
заняты изучением фундаментальной структуры материи, были получены поистине
удивительные результаты. Прежде всего это проявилось в открытии целого
множества новых субатомных частиц. Их обычно называют элементарными
частицами, но далеко не все из них действительно элементарны. Многие из них
в свою очередь состоят из еще более элементарных частичек.
Мир субатомных частиц поистине многообразен. К ним относятся протоны и
нейтроны, составляющие атомные ядра, а также обращающиеся вокруг ядер
электроны. Но есть и такие частицы, которые в окружающем нас веществе
практически не встречаются. Время их жизни чрезвычайно мало, оно составляет
мельчайшие доли секунды. По истечении этого чрезвычайно короткого времени
они распадаются на обычные частицы. Таких нестабильных короткоживущих
частиц поразительно много: их известно уже несколько сотен.
В 60-70-е годы физики были совершенно сбиты с толку многочисленностью,
разнообразием и необычностью вновь открытых субатомных частиц. Казалось, им
не будет конца. Совершенно непонятно, для чего столько частиц. Являются ли
эти элементарные частицы хаотическими и случайными осколками материи? Или,
возможно, они таят в себе ключ к познанию структуры Вселенной? Развитие
физики в последующие десятилетия показало, что в существовании такой
структуры нет никаких сомнений. В конце ХХ в. физика начинает понимать,
каково значение каждой из элементарных частиц.
Миру субатомных частиц присущ глубокий и рациональный порядок. В
основе этого порядка - фундаментальные физические взаимодействия.

1. Открытие элементарных частиц.

Открытие элементарных часиц явилось закономерным результатом общих
успехов в изучении строения вещества, достигнутых физикой в конце 19 в. Оно
было подготовлено всесторонними исследованиями оптических спектров атомов,
изучением электрических явлений в жидкостях и газах, открытием
фотоэлектричества, рентгеновских лучей, естественной радиоактивности,
свидетельствовавших о существовании сложной структуры материи.
Исторически первой открытой элементарной частицей был электрон —
носитель отрицательного элементарного электрического заряда в атомах. В
1897 Дж. Дж. Томсон установил, что т. н. катодные лучи образованы потоком
мельчайших частиц, которые были названы электронами. В 1911 Э. Резерфорд,
пропуская альфа-частицы от естественного радиоактивного источника через
тонкие фольги различных веществ, выяснил, что положительный заряд в атомах
сосредоточен в компактных образованиях — ядрах, а в 1919 обнаружил среди
частиц, выбитых из атомных ядер, протоны — частицы с единичным
положительным зарядом и массой, в 1840 раз превышающей массу электрона.
Другая частица, входящая в состав ядра, — нейтрон — была открыта в 1932 Дж.
Чедвиком при исследованиях взаимодействия a-частиц с бериллием. Нейтрон
имеет массу, близкую к массе протона, но не обладает электрическим зарядом.
Открытием нейтрона завершилось выявление частиц — структурных элементов
атомов и их ядер.
Вывод о существовании частицы электромагнитного поля — фотона — берёт
своё начало с работы М. Планка (1900). Предположив, что энергия
электромагнитного излучения абсолютно чёрного тела квантованна, Планк
получил правильную формулу для спектра излучения. Развивая идею Планка, А.
Эйнштейн (1905) постулировал, что электромагнитное излучение (свет) в
действительности является потоком отдельных квантов (фотонов), и на этой
основе объяснил закономерности фотоэффекта. Прямые экспериментальные
доказательства существования фотона были даны Р. Милликеном (1912— 1915) и
А. Комптоном (1922).
Открытие нейтрино — частицы, почти не взаимодействующей с веществом,
ведёт своё начало от теоретической догадки В. Паули (1930), позволившей за
счёт предположения о рождении такой частицы устранить трудности с законом
сохранения энергии в процессах бета-распада радиоактивных ядер.
Экспериментально существование нейтрино было подтверждено лишь в 1953 (Ф.
Райнес и К Коуэн, США).
С 30-х и до начала 50-х гг. изучение элементарных частиц было тесно
связано с исследованием космических лучей. В 1932 в составе космических
лучей К. Андерсоном был обнаружен позитрон (е+) — частица с массой
электрона, но с положительным электрическим зарядом. Позитрон был первой
открытой античастицей. Существование е+ непосредственно вытекало из
релятивистской теории электрона, развитой П. Дираком (1928—31) незадолго до
обнаружения позитрона. В 1936 американские физики К. Андерсон и С.
Неддермейер обнаружили при исследовании осмических лучей мюоны (обоих
знаков электрического заряда) — частицы с массой примерно в 200 масс
электрона, а в остальном удивительно близкие по свойствам к е-, е+.
В 1947 также в космических лучах группой С. Пауэлла были открыты p+ и
p--мезоны с массой в 274 электронные массы, играющие важную роль во
взаимодействии протонов с нейтронами в ядрах. Существование подобных частиц
было предположено Х. Юкавой в 1935.
Конец 40-х — начало 50-х гг. ознаменовались открытием большой группы
частиц с необычными свойствами, получивших название “странных”. Первые
частицы этой группы К+- и К--мезоны, L-, S+ -, S- -, X- -гипероны были
открыты в космических лучах, последующие открытия странных частиц были
сделаны на ускорителях — установках, создающих интенсивные потоки быстрых
протонов и электронов. При столкновении с веществом ускоренные протоны и
электроны рождают новые элементарные частицы, которые и становятся
предметом изучения.
С начала 50-х гг. ускорители превратились в основной инструмент для
исследования элементарных частиц. В 70-х гг. энергии частиц, разогнанных на
ускорителях, составили десятки и сотни млрд. электронвольт (Гэв).
Стремление к увеличению энергий частиц обусловлено тем, что высокие энергии
открывают возможность изучения строения материи на тем меньших расстояниях,
чем выше энергия сталкивающихся частиц. Ускорители существенно увеличили
темп получения новых данных и в короткий срок расширили и обогатили наше
знание свойств микромира. Применение ускорителей для изучения странных
частиц позволило более детально изучить их свойства, в частности
особенности их распада, и вскоре привело к важному открытию: выяснению
возможности изменения характеристик некоторых микропроцессов при операции
зеркального отражения — т. н. нарушению пространств, чётности (1956). Ввод
в строй протонных ускорителей с энергиями в миллиарды электронвольт
позволил открыть тяжёлые античастицы: антипротон (1955), антинейтрон
(1956), антисигма-гипероны (1960). В 1964 был открыт самый тяжёлый гиперон
W- (с массой около двух масс протона). В 1960-х гг. на ускорителях было
открыто большое число крайне неустойчивых (по сравнению с др. нестабильными
элементарными частицами) частиц, получивших название “резонансов”. Массы
большинства резонансов превышают массу протона. Первый из них D1 (1232) был
известен с 1953. Оказалось, что резонансы составляют основная часть
элементарных частиц.
В 1962 было выяснено, что существуют два разных нейтрино: электронное
и мюонное. В 1964 в распадах нейтральных К-мезонов было обнаружено
несохранение т. н. комбинированной чётности (введённой Ли Цзун-дао и Ян
Чжэнь-нином и независимо Л. Д. Ландау в 1956), означающее необходимость
пересмотра привычных взглядов на поведение физических процессов при
операции отражения времени.
В 1974 были обнаружены массивные (в 3—4 протонные массы) и в то же
время относительно устойчивые y-частицы, с временем жизни, необычно большим
для резонансов. Они оказались тесно связанными с новым семейством
элементарных частиц — “очарованных”, первые представители которого (D0, D+,
Lс) были открыты в 1976. В 1975 были получены первые сведения о
существовании тяжёлого аналога электрона и мюона (тяжёлого лептона t). В
1977 были открыты Ў-частицы с массой порядка десятка протонных масс.
Таким образом, за годы, прошедшие после открытия электрона, было
выявлено огромное число разнообразных микрочастиц материи. Мир элементарных
частиц оказался достаточно сложно устроенным. Неожиданными во многих
отношениях оказались свойства обнаруженных элементарных частиц. Для их
описания, помимо характеристик, заимствованных из классической физики,
таких, как электрический заряд, масса, момент количества движения,
потребовалось ввести много новых специальных характеристик, в частности для
описания странных элементарных частиц — странность (К. Нишиджима, М. Гелл-
Ман, 1953), “очарованных” элементарных частиц — “очарование” (американские
физики Дж. Бьёркен, Ш. Глэшоу, 1964); уже названия приведённых
характеристик отражают необычность описываемых ими свойств элементарных
частиц.
Изучение внутреннего строения материи и свойств элементарных частиц с
первых своих шагов сопровождалось радикальным пересмотром многих
устоявшихся понятий и представлений. Закономерности, управляющие поведением
материи в малом, оказались настолько отличными от закономерностей
классической механики и электродинамики, что потребовали для своего
описания совершенно новых теоретических построений.

2. Теории элементарных частиц
2.1. Квантовая электродинамика (КЭД)
Квантовая механика позволяет описывать движение элементарных частиц,
но не их порождение или уничтожение, т. е. применяется лишь для описания
систем с неизменным числом частиц. Обобщением квантовой механики является
квантовая теория поля - это квантовая теория систем с бесконечным числом
степеней свободы (физических полей). Потребность в такой теории порождается
квантово-волновым дуализмом, существованием волновых свойств у всех частиц.
В квантовой теории поля взаимодействие представляют как результат обмена
квантами поля.
В середине ХХ в. была создана теория электромагнитного взаимодействия
- квантовая электродинамика КЭД - это продуманная до мельчайших деталей и
оснащенная совершенным математическим аппаратом теория взаимодействия
фотонов и электронов. В основе КЭД - описание электромагнитного
взаимодействия с использованием понятия виртуальных фотонов - его
переносчиков. Эта теория удовлетворяет основным принципам как квантовой
теории, так и теории относительности.
В центре теории анализ актов испускания или поглощения одного фотона
одной заряженной частицей, а также аннигиляции электронно-позитронной пары
в фотон или порождение фотонами такой пары.
Если в классическом описании электроны представляются в виде твердого
точечного шарика, то в КЭД окружающее электрона электромагнитное поле
рассматривается как облако виртуальных фотонов, которое неотступно следует
за электроном, окружая его квантами энергии. После того, как электрон
испускает фотон, тот порождает (виртуальную) электрон-позитронную пору,
которая может аннигилировать с образованием нового фотона. Последний может
поглотиться исходным фотоном, но может породить новую пару и т.д. Таким
образом электрон покрывается облаком виртуальных фотонов, электронов и
позитронов, находящихся в состоянии динамического равновесия. Фотоны
возникают и исчезают очень быстро, а электроны движутся в пространстве не
по вполне определенным траекториям. Еще можно тем или иным способом
определить начальную и конечную точки пути - до и после рассеяния, но сам
путь в промежутке между началом и концом движения остается неопределенным.
Описание взаимодействия с помощью частицы-переносчика привело к
расширению понятия фотона. Вводятся понятия реального (кванта видимого нами
света) и виртуального (скоротечного, призрачного) фотона, который "видят"
только заряженные частицы, претерпевающие рассеяние.
Чтобы проверить, согласуется ли теория с реальностью, физики
сосредоточили внимание на двух эффектах, представлявших особый интерес.
Первый касался энергетических уровней атома водорода - простейшего атома.
Согласно КЭД, уровни должны быть слегка смещены относительно положения,
которое они занимали бы в отсутствие виртуальных фотонов. Вторая решающая
проверка КЭД касалась чрезвычайно малой поправки к собственному магнитному
моменту электрона. Теоретические и экспериментальные результаты проверки
КЭД совпадают с высочайшей точностью - более девяти знаков после запятой.
Столь поразительное соответствие дает право считать КЭД наиболее
совершенной из существующих естественно-научных теорий.
После подобного триумфа КЭД была принята как модель для квантового
описания трех других фундаментальных взаимодействий. Разумеется, полям,
связанным с другими взаимодействиями, должны соответствовать иные частицы-
переносчики.
2.2. Теория кварков

Теория кварков - это теория строения адронов. Основная идея этой
теории очень проста. Все адроны построены из более мелких частиц,
называемых кварками. Значит, кварки - это более элементарные частицы, чем
адроны. Кварки несут дробный электрический заряд: они обладают зарядом,
величина которого составляет либо -1 / 3 или +2 / 3 фундаментальной единицы
- заряда электрона. Комбинация из двух и трех кварков может иметь суммарный
заряд, равный нулю или единице. Все кварки имеют спин Ѕ ,поэтому они
относятся к фермионам. Основоположники теории кварков Гелл-Манн и Цвейг,
чтобы учесть все известные в 60-е гг. адроны ввели три сорта (аромата)
кварков: u (от up- верхний), d (от down- нижний) и s (от strange -
странный).
Кварки могут соединяться друг с другом одним из двух возможных
способов: либо тройками, либо парами кварк - антикварк. Из трех кварков
состоят сравнительно тяжелые частицы - барионы, что означает "тяжелые
частицы". Наиболее известны из барионов нейтрон и протон. Более легкие пары
кварк - антикварк образуют частицы, получившие название мезоны -
"промежуточные частицы". Например, протон состоит из двух u- и одного d-
кварков (uud), а нейтрон - из двух d-кварков и одного u-кварка (udd).Чтобы
это "трио" кварков не распадалось, необходима удерживающая их сила, некий
"клей".
Оказалось, что результирующее взаимодействие между нейтронами и
протонами в ядре представляет собой просто остаточный эффект более мощного
взаимодействия между самими кварками. Это объяснило, почему сильное
взаимодействие кажется столь сложным. Когда протон "прилипает" к нейтрону
или другому протону, во взаимодействии участвуют шесть кварков, каждый из
которых взаимодействует со всеми остальными. Значительная часть сил
тратится на прочное склеивание трио кварков, а небольшая - на скрепление
двух трио кварков друг с другом. (Но выяснилось, что кварки участвуют и в
слабом взаимодействии. Слабое взаимодействие может изменять аромат кварка.
Именно так происходит распад нейтрона. Один из d-кварков в нейтроне
превращается в u-кварк, а избыток заряда уносит рождающийся одновременно
электрон. Аналогичным образом, изменяя аромат, слабое взаимодействие
приводит к распаду и других адронов.)
То обстоятельство, что из различных комбинаций трех основных частиц
можно получить все известные адроны, стало триумфом теории кварков. Но в 70-
е гг. были открыты новые адроны (пси-частицы, ипсилон-мезон и др.). Этим
был нанесен удар первому варианту теории кварков, поскольку в ней уже не
было места ни для одной новой частицы. Все возможные комбинации из кварков
и их антикварков были уже исчерпаны.
Проблему удалось решить за счет введения трех новых ароматов. Они
получили название - charm (очарование), или с; b -кварк (от bottom - дно, а
чаще beauty - красота, или прелесть); впоследствии был введен еще один
аромат - t ( от top - верхний).
Кварки скрепляются между собой сильным взаимодействием. Переносчики
сильного взаимодействия - глюоны (цветовые заряды). Область физики
элементарных частиц, изучающая взаимодействие кварков и глюонов, носит
название квантовой хромодинамики . Как квантовая электродинамика - теория
электромагнитного взаимодействия, так квантовая хромодинамика - теория
сильного взаимодействия.
Хотя и существует некоторая неудовлетворенность кварковой схемой,
большинство физиков считает кварки подлинно элементарными частицами -
точечными, неделимыми и не обладающими внутренней структурой. В этом
отношении они напоминают лептоны, и уже давно предполагается, что между
этими двумя различными, но сходными по своей структуре семействами должна
существовать глубокая взаимосвязь.
Таким образом, наиболее вероятное число истинно элементарных частиц
(не считая переносчиков фундаментальных взаимодействий) на конец ХХ века
равно 48. Из них: лептонов (6х2) = 12 плюс кварков (6х3)х2 =36.

2.3. Теория электрослабого взаимодействия

В 70-е ХХ века в естествознании произошло выдающееся событие: два
взаимодействия из четырех физики объединили в одно. Картина фундаментальных
оснований природы несколько упростилась. Электромагнитное и слабое
взаимодействия, казалось бы весьма разные по своей природе, в
действительности оказались двумя разновидностями единого т.н.
электрослабого взаимодействия. Теория электрослабого взаимодействия
решающим образом повлияла на дальнейшее развитие физики элементарных частиц
в конце ХХ в.
Главная идея в построении этой теории состояла в описании слабого
взаимодействия на языке концепции калибровочного поля, в соответствии с
которой ключом к пониманию природы взаимодействий служит симметрия. Одна из
фундаментальных идей в физике второй половины ХХ в. - это убеждение, что
все взаимодействия существуют лишь для того, чтобы поддерживать в природе
некий набор абстрактных симметрий. Какое отношение имеет симметрия к
фундаментальным взаимодействиям? На первый взгляд, само предположение о
существовании подобной связи кажется парадоксальным и непонятным.
Прежде всего о том, что понимается под симметрией. Принято считать,
что предмет обладает симметрией, если предмет остается неизменным в
результате проведения той или иной операции по его преобразованию. Так,
сфера симметрична, потому что выглядит одинаково при повороте на любой угол
относительно ее центра. Законы электричества симметричны относительно
замены положительных зарядов отрицательными и наоборот. Таким образом, под
симметрией мы понимаем инвариантность относительно некой операции.
Существуют разные типы симметрий: геометрические, зеркальные,
негеометрические. Среди негеометрических есть так называемые калибровочные
симметрии. Калибровочные симметрии носят абстрактный характер и
непосредственно не фиксируются. Они связаны с изменением отсчета уровня,
масштаба или значения некоторой физической величины. Система обладает
калибровочной симметрией, если ее природа остается неизменной при такого
рода преобразовании. Так, например, в физике работа зависит от разности
высот, а не от абсолютной высоты; напряжение - от разности потенциалов, а
не от их абсолютных величин и др. Симметрии, на которых основан пересмотр
понимания четырех фундаментальных взаимодействий, именно такого рода.
Калибровочные преобразования могут быть глобальными и локальными.
Калибровочные преобразования, изменяющиеся от точки к точке, известны под
названием "локальных" калибровочных преобразований. В природе существует
целый ряд локальных калибровочных симметрий и необходимо соответствующее
число полей для компенсации этих калибровочных преобразований. Силовые поля
можно рассматривать как средство, с помощью которого в природе создаются
присущие ей локальные калибровочные симметрии. Значение концепции
калибровочной симметрии заключается в том, что благодаря ей теоретически
моделируются все четыре фундаментальных взаимодействия, встречающиеся в
природе. Все их можно рассматривать как калибровочные поля.
Представляя слабое взаимодействие в виде калибровочного поля, физики
исходят из того, что все частицы, участвующие в слабом взаимодействии,
служат источниками поля нового типа - поля слабых сил. Слабо
взаимодействующие частицы, такие, как электроны и нейтрино, являются
носителями "слабого заряда", который аналогичен электрическому заряду и
связывает эти частицы со слабым полем.
Для представления поля слабого взаимодействия как калибровочного
прежде всего необходимо установить точную форму соответствующей
калибровочной симметрии. Дело в том, что симметрия слабого взаимодействия
гораздо сложнее электромагнитного. Ведь и сам механизм этого взаимодействия
оказывается более сложным. Во-первых, при распаде нейтрона, например, в
слабом взаимодействии участвуют частицы по крайней мере четырех различных
типов (нейтрон, протон, электрон и нейтрино). Во-вторых, действие слабых
сил приводит к изменению их природы (превращению одних частиц в другие за
счет слабого взаимодействия). Напротив, электромагнитное взаимодействие не
изменяет природы участвующих в нем частиц.
Это определяет то обстоятельство, что слабому взаимодействию
соответствует более сложная калибровочная симметрия, связанная с изменением
природы частиц. Выяснилось, что для поддержания симметрии здесь необходимы
три новых силовых поля, в отличие от единственного электромагнитного поля.
Было получено и квантовое описание этих трех полей: должны существовать три
новых типа частиц - переносчиков взаимодействия, по одному для каждого
поля. Все весте они называются тяжелыми векторными бозонами со спином 1 и
являются переносчиками слабого взаимодействия.
Частицы W + и W - являются переносчиками двух из трех связанных со
слабым взаимодействием полей. Третье поле соответствует электрически
нейтральной частице-переносчику, получившей название Z -частицы.
Существование Z -частицы означает, что слабое взаимодействие может не
сопровождаться переносом электрического заряда.
В создании теории электрослабого взаимодействия ключевую роль сыграло
понятие спонтанного нарушения симметрии: не всякое решение задачи обязано
обладать всеми свойствами его исходного уровня. Так, частицы, совершенно
разные при низких энергиях, при высоких энергиях могут оказаться на самом
деле одной и той же частицей, но находящейся в разных состояниях. Опираясь
на идею спонтанного нарушения симметрии, авторы теории электрослабого
взаимодействия Вайнберг и Салам сумели решить великую теоретическую
проблему - они совместили казалось бы несовместимые вещи (значительная
масса переносчиков слабого взаимодействия, с одной стороны, и идею
калибровочной инвариантности, которая предполагает дальнодействующий
характер калибровочного поля, а значит нулевую массу покоя частиц-
переносчиков, с другой) и таким образом соединили электромагнетизм и слабое
взаимодействие в единой теории калибровочного поля.
В этой теории представлено всего четыре поля: электромагнитное поле и
три поля, соответствующие слабым взаимодействиям. Кроме того, введено
постоянное на всем пространстве скалярное поле (т. н. поля Хиггса), с
которым частицы взаимодействуют по разному, что и определяет различие их
масс. (Кванты скалярного поля представляют собой новые элементарные частицы
с нулевым спином. Их называют хиггсовскими (по имени физика П.Хиггса,
предположившего их существование). Число таких хиггсовских бозонов может
достигать нескольких десятков. На опыте такие бозоны пока не обнаружены.
Более того, ряд физиков считает их существование необязательным, но
совершенной теоретической модели без хиггсовскмих бозонов пока не найдено)
Первоначально W и Z -кванты не имеют массы, но нарушение симметрии приводит
к тому, что некоторые частицы Хиггса сливаются с W и Z -частицами, наделяя
их массой.
Различия свойств электромагнитного и слабого взаимодействий теория
объясняет нарушением симметрии. Если бы симметрия не нарушалась, то оба
взаимодействия были бы сравнимы по величине. Нарушение симметрии влечет за
собой резкое уменьшение слабого взаимодействия. Можно сказать, что слабое
взаимодействие имеет столь малую величину потому, что W и Z -частицы очень
массивны. Лептоны редко сближаются на столь малые расстояния (r < 1 0 n
см., где n = - 1 6 ). Но при больших энергиях (> 1 0 0 Гэв), когда частицы
W и Z могут свободно рождаться, обмен W и Z бозонами осуществляется столь
же легко, как и обмен фотонами (безмассовыми частицами). Разница между
фотонами и бозонами стирается.В этих условиях должно существовать полная
симметрия между электромагнитным и слабым взаимодействием - электрослабое
взаимодействие.
Проверка новой теории заключалась в подтверждении существования
гипотетических W и Z -частиц. Их открытие стало возможным только с
созданием очень больших ускорителей новейшего типа. Открытие в 1983 г. W и
Z -частиц означало торжество теории электрослабого взаимодействия. Не было
больше нужды говорить о четырех фундаментальных взаимодействиях. Их
осталось три.
2.4. Квантовая хромодинамика
Следующий шаг на пути Великого объединения фундаментальных
взаимодействий - слияние сильного взаимодействия с электрослабым. Для этого
необходимо придать черты калибровочного поля сильному взаимодействию и
ввести обобщенное представление об изотопической симметрии. Сильное
взаимодействие можно представлять как результат обмена глюонами, который
обеспечивает связь кварков (попарно или тройками) в адроны.
Замысел здесь состоит в следующем. Каждый кварк обладает аналогом
электрического заряда, служащим источником глюонного поля. Его назвали
цветом (Разумеется, это название не имеет никакого отношения к обычному
цвету). Если электромагнитное поле порождается зарядом только одного сорта,
то для создания более сложного глюонного поля потребовалось три различных
цветовых заряда. Каждый кварк "окрашен" в один из трех возможных цветов,
которые совершенно произвольно были названы красным, зеленым и синим. И
соответственно антикварки бывают антикрасные, антизеленые и антисиние.
На следующем этапе теория сильного взаимодействия развивается по той
же схеме, что и теория слабого взаимодействия. Требование локальной
калибровочной симметрии (т.е. инвариантности относительно изменений цвета в
каждой точке пространства) приводит к необходимости введения компенсирующих
силовых полей. Всего требуется восемь новых компенсирующих силовых полей.
Частицами - переносчиками этих полей являются глюоны, и, таким образом, из
теории следует, что должно быть целых восемь различных типов глюонов. (В то
время как переносчик электромагнитного взаимодействия - всего лишь один
(фотона), а переносчиков слабого взаимодействия - три.) Глюоны имеют
нулевую массу покоя и спин 1. Глюоны также имеют различные цвета, но не
чистые, а смешанные (например, сине-антизеленый). Поэтому, испускание или
поглощение глюона сопровождается изменением цвета кварка ("игра цветов").
Так, например, красный кварк, теряя красно-антисиний глюон, превращается в
синий кварк, а зеленый кварк, поглощая сине-антизеленый глюон, превращается
в синий кварк. В протоне, например, три кварка постоянно обмениваются
глюонами, изменяя свой цвет. Однако такие изменения носят не произвольный
характер, а подчиняются жесткому правилу: в любой момент времени
"суммарный" цвет трех кварков должен представлять собой белый свет, т.е.
сумму "красный + зеленый + синий". Это распространяется и на мезоны,
состоящие из пары кварк - антикварк. Поскольку антикварк характеризуется
антицветом, такая комбинация заведомо бесцветна ("белая"), например красный
кварк в комбинации с антикрасным кварком образует бесцветный мезон.
С точки зрения квантовой хромодинамики (квантовой теории цвета)
сильное взаимодействие есть не что иное, как стремление поддерживать
определенную абстрактную симметрию природы: сохранение белого цвета всех
адронов при изменении цвета их составных частей. Квантовая хромодинамика
великолепно объясняет правила, которым подчиняются все комбинации кварков,
взаимодействие глюонов между собой (глюон может распадаться на два глюона
или два глюона слить в один - поэтому и появляются нелинейные члены в
уравнении глюонного поля), сложную структуру адрона, состоящего из "одетых"
в облака кварков и др.
Возможно, пока преждевременно оценивать квантовую хромодинамику как
окончательную и завершенную теорию сильного взаимодействия, тем не менее ее
достижения многообещающи.

Заключение.

Происхождение многих свойств элементарных частиц и природа присущих им
взаимодействий в значительной мере остаются неясными. Возможно, понадобится
ещё не одна перестройка всех представлений и гораздо более глубокое
понимание взаимосвязи свойств микрочастиц и геометрических свойств
пространства-времени, прежде чем теория элементарных частиц будет
построена.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев В.П. Становление человечества. М.,1984. Бор Н. Атомная физика и
человеческое познание. М.,1961 Борн М. Эйнштейновская теория
относительности.М.,1964.
2. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с начала 19 века до середины 20
века. М.,1979.
3. Кемпфер Ф. Путь в современную физику. М.,1972.
4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие.
М.,1999.
5. Баженов Л.Б. Строение и функции естественнонаучной теории. М.,1978.
6. Розенталь И.Л. Элементарные частицы и структура Вселенной. М, 1984.






Реферат на тему: История развития атомной энергетики
Реферат

На тему: «Развитие атомной энергетики»
По КСЕ



Выполнено студентом

Новгородцевым Алексеем Анатольевичем


студенческий билет № 95/178-00n
группа № 1
дата выполнения 01.12.2000



Руководитель
Замотаев И. В.
Оглавление:



Введение. 2


Атомистика философов Древней Греции и Рима. 3


Атомистика в период до XVII в. 5


Физика в XVIII и XIX вв. 6


Атомистика конца XIX – начала XX в. 10


Атомистика первой половины XX в. 11


Атомистика в предвоенные годы. 18


Атомистика от послевоенных лет до наших дней. 23


Заключение. 24


Список литературы. 25



Введение.

В конце тысячелетия, когда общество все дальше продвигается по пути
техногенного развития, развиваются уже существующие и зарождаются новые
производственные отрасли, когда «высокие технологии» вошли практически в
каждый современный дом, и многие люди не могут представить жизни без них,
мы более отчетливо видим, неограниченность человеческих потребностей. Чем
больше человечество создает, тем большем оно потребляет. В том числе
такого важного ресурса, как энергии.
Человечество с древних времен искало новые источники энергии. К
середине XX столетия были освоены почти все ее природные источник, причем
использование их в промышленных масштабах привело к значительному
загрязнению отходами производства окружающей среды, особенно в крупных,
промышленно развитых городах.
Овладение же ядерной энергией – величайшее, ни с чем не соизмеримое
достижение науки и техники XX в. Высвобождение внутриядерной энергии атома,
проникновение в природные кладовые тайн вещества, атома превосходит все,
что когда-либо ранее удавалось сделать людям. Новый источник энергии
огромной мощности сулил богатейшие неоценимые возможности.
Для открытия такого вида энергии, как внутриядерная энергия атома,
понадобились долгие годы упорной и самоотверженной работы ученых многих
поколений и разных стран. Высвобождение внутриядерной энергии атома
потребовало такого уровня развития науки, такого научно-технического
оборудования, таких аппаратуры, химических материалов, такой высокой
культуры и техники производства, которые смогли сложиться в мире только к
середине XX столетия. Однако человечество должно было пройти долгий путь
поисков, преодолеть множество препятствий, отвергнуть прежние представления
о природе вещей.
Народы Азии и Африки в глубокой древности многое сделали для понимания
природных явлений и основных законов природы.
Древние цивилизации Китая, Индии, Вавилона, Египта, Греции заложили
фундамент, на котором возникло натурфилософское учение, теоретическое
мышление, преобразующее мифологию в эпос и формирующее при этом основные
принципы строения и превращения веществ.
Натурфилософские представления, возникшие в древнем мире, в строгом
смысле теоретическим мышлением становятся только в Греции.
В Индии атомистическая точка зрения была окрашена спиритуалистической
тенденцией одухотворения природы, чего нет в греческой атомистике,
поскольку греки развивали материалистический атомизм.
Греческая форма атомизма плодотворно повлияла на развитие науки.
Наиболее полно и в ясном изложении дошли до нас изустные и письменные
работы древних греков. Древние греки одними из первых стали изучать природу
с помощью методов (примитивных в нашем понимании), сформулированных в их
научных диспутах, лекциях. В Древней Греции человеческий разум осознавал
свою силу, и именно тогда начали появляться систематические научные
исследования.



Атомистика философов Древней Греции и Рима.

Характерные черты естествознания того времени – это накопление
эмпирического материала, попытки объяснить мир с помощью общих
умозрительных гипотез и теорий, в которых предсказывалось, предвосхищалось
немало позднейших научных открытий. К примеру, в ту эпоху зародились идеи
об атомарном, дискретном строении материи.
Древние греки создали учение о материальной первооснове всех вещей,
родоначальниками которого были Фалес Милетский (625-547 до н. э.),
Анаксимандр (610-547 до н. э.), Анаксимен (585-525 до н. э.) и другие
античные философы. С вершин нынешних знаний многое в их учении кажется
наивным. Так, Фалес считал, что основой всего является вода. Анаксимандр
усматривал такую основу в некоем «алейроне» – единой, вечной,
бескачественной материи, а Анаксимен – в воздухе. Все они представляли
первоначально существующего как нечто материальное.
Другой известный древнегреческий философ Гераклит Эфесский (530-470 до
н. э.) считал основой основ огонь. Все вещи появляются из огня и снова в
него возвращаются. Гераклит утверждал: «Мир единый, не создан никем из
богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно
воспламеняющимся и закономерно угасающим».
Непосредственными предшественниками атомистов были Эмпедокл (490-430
до н. э.) и Анаксагор (500-428 до н. э.), они выдвинули концепцию
элементов, из которых построена Вселенная.
По учению Эмпедокла такими материальными элементами являются огонь,
воздух, вода и земля. Они вечны, неразрушимы, хотя и изменяются по числу и
величине путем соединения и разделения. Эмпедокл утверждал: «Ничто не может
произойти из ничего, и никак не может то, что есть, уничтожиться». Эта
мысль Эмпедокла очень близка к знакомому нам закону сохранения вещества,
который играет такую фундаментальную роль в современной физике.
Анаксагор считал, что мир состоит из бесконечного множества частиц
(«семян») веществ и в результате их совокупного движения темный холодный
воздух отделяется от светлого горячего эфира, а частицы соединяются с себе
подобными. Так образуются материальные тела. Следует обратить внимание на
высказывания Анаксагора об эфире. О нем впоследствии через ряд веков ученые
будут вести длительные споры, дискуссии.
Ученые Древней Греции за свои смелые идеи и высказывания подвергались
наказаниям и преследованиям. Так, Анаксагор был изгнан из Афин за
утверждение о том, что вопреки укоренившимся верованиям солнце, луна,
звезды являются лишь раскаленными камнями и не имеют божественной природы.
Философы Левкипп и его ученик Демокрит (460-370 до н. э.) стали
основателями атомистической теории. По учению Левкиппа материя состоит из
отдельных частиц – атомов, находящихся в пустом пространстве, и слишком
мелких, чтобы их можно было увидеть в отдельности. Атомы непрерывно
движутся в пространстве и воздействуют друг на друга при помощи толчков и
давления.
Более полно и стройно атомистическая теория была изложена великим
древнегреческим философом-материалистом Демокритом. Хотя им было написано
много сочинений по математике, физике, астрономии, медицине, филологии,
теории музыки и др., но из многочисленных его сочинений до нас дошло только
около 300 фрагментов.
В сочинениях Демокрита много сказано о душе, о человеческих
отношениях, о мышлении, об этике и другом, но нас в данном случае
интересуют только атомы, только материалистическое воззрение Демокрита.
Приведем некоторые принципиальные положения Демокрита, имеющие
отношение к атомистической теории:

1. Ничто не возникает из ничего и ничего не переходит в ничто.
2. Материя состоит из бесконечного числа мельчайших, неделимых частиц
– атомов.
3. Атомы вечны и неизменны, а все сложные тела, из них состоящие,
изменчивы и преходящи.
4. Не существует ничего, кроме атомов и «чистого» пространства.
5. Атомы вечно движутся. Движение всегда присуще атомам и происходит в
силу господства во Вселенной закона универсальной необходимости.
6. Атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме.
7. Во Вселенной существует бесконечное множество миров. Наш мир один
из них.
8. Различие между вещами связано с различием их атомов по числу,
величине, форме...
Естественно-научное мировоззрение древних получило свое развитие в
трудах знаменитого философа того времени Аристотеля (384-322 до н. э.). В
своем творчестве он охватил почти все существовавшие тогда отрасли знаний.
Хотя Аристотель критиковал своего учителя философа-идеалиста Платона (427-
347 до н. э.), он не был материалистом. Он признавал объективное
существование материального мира и его познаваемость, но противопоставлял
земной и небесный миры, верил и учил верить в существование божественных
сил.
Аристотель считал, что все космические тела состоят из эфира,
основного элемента природы, в котором изначально заложено совершенное
движение по кругу.
Естественный путь познания природы, учил Аристотель, идет от менее
известного и явного для нас к более явному и известному с точки зрения
природы вещей. Он рассматривал такие общие понятия, как материя и движение,
пространство и время, конечное и бесконечное.
В своей работе «Физика» Аристотель подробно разобрал взгляды своих
предшественников – Анаксагора, Левкиппа, Демокрита и др. Он резко
критиковал воззрения атомистов, признающих существование бесчисленного
множества атомов и миров. По Аристотелю реальный мир конечен, ограничен и
построен из «конечного числа» элементов. Понятие пустоты по Аристотелю
противоречит действительности. Бесконечное разреженное пустое пространство
ведет к бесконечному движению, а это, по мнению Аристотеля, невозможно.
«Канонизированное» учение Аристотеля в средние века надолго задержало
развитие атомистических воззрений. И все же учение об атомах, атомистика,
пройдя через многие века, выдержало ожесточенную борьбу и дошло до наших
дней с более глубокими представлениями об атоме, полученными в результате
огромного числа физико-химических экспериментов и исследований по физике
атома.
В Древнем Риме поэт и философ Тит Лукреций Кар (99-55 до н. э.) в
своей знаменитой поэме «О природе вещей» изложил атомистическое учение
греческого философа Эпикура.
Представитель афинской школы Эпикур (341-270 до н. э.), а за ним
Лукреций пытались существованием атомов объяснить все естественные и
социальные явления. Лукреций рисует модель движения атомов, уподобляя его
движению пылинок в солнечном луче в темной комнате. Это по существу одно из
первых в истории естественных наук описание молекулярного движения.
Созданная древними философами теория атомов совпадает с современными
концепциями только в самых общих чертах.
Гениальные догадки философов-материалистов, атомистов Древней Греции и
Рима предопределили рождение современной атомистической теории – физики
атома, ядерной физики. Мы и сегодня поражаемся изумительным научным
догадкам и идеям древних философов, основанным только на чисто
умозрительных предположениях почти без всяких экспериментальных
подтверждений. Это лишний раз доказывает, что возможностям человеческого
разума нет пределов. Экскурсом в древность мы хотели подчеркнуть, что
толчком к поискам энергии атомного ядра явился вывод древнегреческих и
других древних философов о том, что материя состоит из бесконечного числа
мельчайших неделимых частиц – атомов. Наука XIX и XX вв., непрерывно
обогащаясь новыми знаниями и идеями, подтверждаемыми научными
экспериментами и теориями, продвигалась вперед к познанию атома. Движение к
высвобождению внутриядерной энергии сопровождалось длительным, многовековым
накоплением знаний во многих отраслях науки.

Атомистика в период до XVII в.

В период средневековья атомистика переживала тяжелые времена. В
средние века господствовали схоластика, теология и открытия в науке были
спорадическими. И в те времена люди немало сделали, продвигаясь к вершинам
познания, но все же такого расцвета, как в Древней Греции и Риме, в странах
Западной Европы не наблюдалось.
Средневековый Восток имел более широкие, чем Западная Европа, связи со
многими близкими и далекими странами, что способствовало развитию
геометрии, алгебры, тригонометрии, медицины и других наук. Так, труды
Аристотеля, Птолемея и других пришли в Европу в переводах с арабского.
Арабы были как бы связующим звеном между античной и средневековой культурой
и наукой.
В 1121 г. в Средней Азии появился курс физики Аль-Хазини, в котором
были таблицы удельных весов ряда твердых и жидких тел. Много сделал
хорезмский ученый Бируни (973-1048) в опытах по определению удельной массы
веществ. В Бухаре жил знаменитый ученый философ Абу Али Ибн Сина
(Авиценна). В своих работах он, последователь учения Аристотеля и позднее
неоплатонизма, проповедовал вечность материи.
В середине XV в. в экономическом, политическом и культурном развитии
Европы начинают отчетливо проступать новые, самобытные черты.
Николай Коперник (1473-1543) сломал общепризнанную до того концепцию
мироздания, по которой Земля считалась неподвижной по отношению к Солнцу.
Коперник отбросил геоцентрическую систему Птолемея и создал
гелиоцентрическую систему мироздания. Возникнув в астрономии, она
распространилась и на физику, дав новый импульс развитию атомистических
идей. Атомы неощутимы, считал Коперник, несколько атомов не составляют
видимого тела. И все же число этих частиц можно так умножить, что их будет
достаточно для слияния в заметное тело. Коперник вплотную подошел к
материалистической атомистике. В эпоху Возрождения физические наблюдения и
опыты еще не носили систематического характера, хотя и были достаточно
широко развиты.
Началу использования в физике экспериментального метода положил
Галилео Галилей (1564-1642), итальянский физик, механик, астроном, один из
основателей естествознания. Его влияние на развитие механики, оптики,
астрономии неоценимо. Основа мировоззрения Галилея – признание объективного
существования мира, т. е. существования вне и независимо от человеческого
сознания. Галилей считал, что мир бесконечен, материя вечна. Материя
состоит из абсолютно неделимых атомов, ее движение – единственное,
универсальное механическое перемещение. Галилей экспериментально подтвердил
ряд гипотез древних философов об атомах. В своих трудах он поддержал
гелиоцентрическую систему мироздания, за что жестоко пострадал от
католической инквизиции.
Научная деятельность Галилея, его огромной важности открытия, научная
смелость имели решающее значение для утверждения гелиоцентрической системы
мира.
Научные открытия и наследие великого английского ученого Исаака
Ньютона (1643-1727) относятся к трем основным областям: математике,
механике и астрономии. Ньютон вошел в историю как подлинный корифей науки,
его основные труды и сейчас не утратили своего значения, хотя время и
вносит коррективы в некоторые их разделы. Первый ощутимый удар по учению
Ньютона нанесла теория электромагнитного поля Дж. Максвелла (1831-1879),
основателя классической электродинамики и статистической физики.
Утверждение современной физики было подготовлено открытием рентгеновских
лучей, радиоактивности элементов и их взаимных превращений, теорией
относительности Эйнштейна, квантовой теорией и др. И все же это ни в коей
мере не умаляет огромного значения для науки классических работ И. Ньютона.

Физика в XVIII и XIX вв.

В XVIII и XIX вв. классическая физика вступила в период, когда многие
ее положения стали подвергаться серьезному переосмыслению. В 1746 г. М. В.
Ломоносов (1711-1765) писал: «Мы живем в такое время, в которое науки после
своего возобновления в Европе возрастают и к совершенству приходят».
Михаил Ломоносов – первый русский профессор химии, автор первого
русского курса физической химии. В области физики он оставил нам ряд важных
работ по кинетической теории газов, теории теплоты, оптике и др.
Рассматривая основу химических явлений» Ломоносов на базе атомно-
молекулярных представлений развивал учение о «нечувствительных» (т. е.
неощутимых) частицах материи – «корпускулах» (молекулах). Он полагал, что
всем свойствам вещества можно дать исчерпывающее объяснение с помощью
представления о различных чисто механических движениях корпускул, состоящих
из атомов. Он утверждал, что химическая теория должна строиться на законах
механики и математики.
В химических работах Ломоносова важную роль играет атомистика, она –
краеугольный камень его научного мышления. Ломоносов дал свою формулировку
принципа сохранения материи и движения: «...все перемены, в натуре
случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела
отнимается, столько присовокупится к другому... Сей всеобщий естественный
закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею
силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому,
которое от него движение получает...»
Введение понятия «корпускулы» наряду с понятием «элемента» (атома)
означало признание того, что определенная совокупность атомов создает новое
единство, действующее как целое, некий новый качественный «узел». Это была
перспективная идея, ибо только через естествознание человечество могло
прийти к идее развития, образования сложных форм вещества из соединения
простых.
Самый характер соединения Ломоносов мыслил не как простое сложение
составных элементов. Он подчеркивал, что природа новых образований зависит
не только от того, какие элементы входят в эти образования (корпускулы), но
и от того, каков характер связи между элементами. Ломоносов, приняв
гипотезу о вращательном движении молекул-корпускул, вывел ряд следствий:
1. Частицы-корпускулы имеют шарообразную форму.
2. При более быстром вращении частиц теплота увеличивается, а при
более медленном – уменьшается.
3. Горячее тело должно охлаждаться при соприкосновении с холодным и,
наоборот, холодные тела должны нагреваться вследствие ускорения
движения при соприкосновении.
Ломоносов критиковал теорию теплорода (или флогистона – не имеющей
массы невесомой жидкости), которую он считал возвратом к представлениям
древних об элементарном огне.
По мысли Ломоносова, упругость газов (воздуха) является свойством
коллектива атомов. Сами атомы «должны быть телесными и иметь продолжение»,
форма их «весьма близка» к шарообразной.
Воззрения на теплоту как форму движения мельчайших «нечувствительных»
частиц высказывались еще в XVI в. Бэконом, Декартом, Ньютоном, Гуком. Эту
же идею разрабатывал и М. Ломоносов, однако он оставался почти в
одиночестве, так как многие его современники были сторонниками концепции
«теплорода». И только позднее Дэви и затем Юнг и Мор доказали, что теплота
является формой движения и что следует рассматривать теплоту как
колебательное движение частиц материи. Последующими работами Майера,
Джоуля, Гельмгольца был установлен закон сохранения и превращения энергии.
Атомно-молекулярное учение о материи лежало в основе многих физических
и химических исследований на всем протяжении истории науки. Со времени
Бойля оно стало служить химии и было положено Ломоносовым в основу учения о
химических превращениях.
Итальянский ученый Э. Торричелли (1608-1647) доказал существование
атмосферного давления. Французский математик и физик Б. Паскаль (1623-1662)
открыл закон: давление, производимое на поверхность жидкости внешними
силами, передается жидкостью одинаково во всех направлениях.
Вместе с Г. Галилеем и С. Стевиным Блез Паскаль считается
основоположником классической гидростатики. Он указал на общность основных
законов равновесия жидкостей и газов. В 1703 г. немецкий ученый Г. Шталь
(1659-1734) сформулировал теорию, точнее, гипотезу о природе горючести в
веществах.
Английский ученый Р. Бойль (1627-1691) ввел в химию атомистику, это
дало основание Ф. Энгельсу сказать о работах Бойля: «Бойль делает из химии
науку». Голландец X. Гюйгенс (1629-1695) вошел в историю науки как
создатель подтвержденного экспериментами первого научного труда по волновой
оптике – «Трактата о свете»; он был первым физиком, исследовавшим
поляризацию света.
Наука о тепле потребовала точных температурных измерений. Появились
термометры с постоянными точками отсчета: Фаренгейта, Делиля, Ломоносова,
Реомюра, Цельсия.
А. Лавуазье (1743-1794) разработал в 1780 г. кислородную теорию,
выявил сложный состав воздуха. Объяснил горение, тем самым доказав
несостоятельность теории флогистона, который и М. В. Ломоносов исключал из
числа химических элементов.
Работавший в Петербургской академии наук Л. Эйлер (1707-1783)
установил закон сохранения момента количества движения, развил волновую
теорию света, определил уравнения вращательного движения твердого тела.
Американский ученый Б. Франклин (1706-1790) разработал теорию
положительного и отрицательного электричества, доказал электрическую
природу молнии.
Английский физик Г. Кавендиш (1731-1810) и независимо от него
французский физик Ш. Кулон (1736-1806) открыли закон электрических
взаимодействий.
Итальянский ученый А. Вольта (1745-1827) сконструировал первый
источник постоянного тока («вольтов столб») и установил связь между
количеством электричества, емкостью и напряжением. Одним из первых трудов,
посвященных описанию нового источника постоянного тока, была выпущенная в
1803 г. книга русского ученого В. Петрова «Сообщение о гальвано-вольтовых
опытах».
Начало практическим исследованиям электромагнетизма положили работы
датчанина X. Эрстеда, француза А. Ампера, русских ученых Д. М. Велланского
и Э. Ленца, англичанина М. Фарадея, немецкого физика Г. Ома и др.
Крупнейший немецкий ученый Г. Гельмгольц (1821-1894) распространил
закон сохранения энергии с механических и тепловых процессов на явления
электрические, магнитные и оптические. Им был установлен ряд законов,
касающихся газов, заложены основы кинетической теории газов, термодинамики,
открыты инфракрасные и ультрафиолетовые лучи.
М. Фарадей (1791-1867) - английский физик, химик и физико-химик,
основоположник учения об электромагнитном поле, электромагнитной индукции –
открыл количественные законы электролиза.
В 1803 г. английский физик и химик Дж. Дальтон (1766-1844) опубликовал
основополагающие работы по химической атомистике, вывел закон кратных
отношений. Дальтон ввел в науку, в частности в химию, понятие атомного веса
(атомной массы), приняв за единицу вес водорода. По Дальтону, атом -
мельчайшая частица химического элемента, отличающаяся от атомов других
элементов своей массой. Он открыл явление диффузии газов (кстати, явление,
которым примерно через сто лет воспользовались для получения
высокообогащенного урана при создании ядерных бомб).
В XVII–XIX вв. атомы считались абсолютно неделимыми и неизменными
частицами материи. Атомистика в значительной мере носила все еще
абстрактный характер. В XIX в. большой вклад в разработку научной базы
атомистики внесли такие ученые, как Максвелл, Клаузиус, Больцман, Гиббс и
др.
В недрах химической науки родилась гипотеза о строении всех атомов из
атомов водорода. Именно химико-физики ближе всех подошли к пониманию
физического смысла идей атомистики. Они постепенно приближались к выяснению
природы атомизма, а последующие поколения ученых – к пониманию
действительного строения атома и его ядра.
Предыстория познания атомного ядра начинается в 1869 г. с гениального
открытия Д. И. Менделеевым периодического закона химических элементов. Д.
И. Менделеев (1834-1907) был первым, кто попытался классифицировать все
элементы, и именно ему мы обязаны нынешним видом Периодической системы.
Пытаясь охватить все элементы, он вынужден был заключить, что некоторые
места Периодической системы элементов (теперь носящей его имя) не
заполнены. Исходя из положения в таблице и свойств химических элементов,
соседствующих с ними в периодах и группах, он предсказал химические
свойства трех отсутствовавших тогда элементов. Примерно через 10 лет эти
элементы (галлий, скандий и германий) были открыты и заняли свои места в
таблице Менделеева.
Периодический закон стал как бы последней инстанцией, выносящей
окончательный приговор соотношению между химическим эквивалентом и атомной
массой. Так, первоначально бериллий считался трехвалентным с атомной массой
13,5, а индий – двухвалентным с атомной массой 75,2, а благодаря их
положению в таблице были проведены тщательные проверки и уточненные атомные
массы стали равными 9 и 112,8 соответственно. Урану сначала приписывали
атомную массу, равную 60, затем исправили на 120, однако периодический
закон показал, что значение атомной массы урана 240.
Периодическая система элементов стала в конце прошлого века памятником
упорству, труду и аккуратности в экспериментальной работе. В Периодической
системе Менделеева нашли отражение сложность структуры атома и значимость
ранее неизвестных основных характеристик атомного ядра – его массового
числа А и порядкового номера 2. В течение всей последующей истории ядерной
физики периодический закон Менделеева, обогащенный новыми открытиями,
служил путеводной нитью исследований. Именно с конца XIX в. подход к
изучению атома стал действительно научным, имеющим экспериментальную
основу.
Никто из естествоиспытателей той эпохи не проник так глубоко в
понимание взаимосвязи между атомами и молекулами, как Д. И. Менделеев. В
1894 г., когда еще не была ясна модель не только атома, но и молекулы,
Менделеев выдвинул гипотезу о строении атома и молекулы. Положив в основу
признание существования атомов и молекул, связи между материей и движением,
он высказал мысль, что атомы можно представить себе как бесконечно малую
Солнечную систему, находящуюся в непрерывном движении. Неизменность атомов,
подчеркивал Менделеев, не дает исследователю никакого основания считать их
«неподвижными» и «недеятельными в их внутренней сущности», атомы подвижны.
Менделеев показал, что развитие науки невозможно, если отказаться от
признания объективной реальности атомов. Он подчеркивал глубокую внутреннюю
связь между атомистическими воззрениями древних (Демокрита) и
материалистической философией. Развитие классического учения Демокрита
составило, по Менделееву, основу материализма.
Спустя почти 30 лет после появления Периодической системы Менделеева
начала свое победное шествие новая наука – ядерная физика. А примерно 60
лет спустя американские ученые Г. Сиборг и другие, синтезировавшие в 1955
г. элемент 101, дали ему название «менделевий», как они выразились «...в
знак признания приоритета великого русского химика Дмитрия Менделеева,
который первым использовал Периодическую систему элементов для предсказания
химических свойств тогда еще не открытых элементов. Этот принцип явился
ключевым при открытии почти всех трансурановых элементов».
В 1964 г. имя Д. И. Менделеева занесено на Доску почета науки
Бриджпортского университета (штат Коннектикут, США) в числе имен величайших
ученых мира.
Д. И. Менделеев при жизни был известен во многих странах, получил
свыше 150 дипломов и почетных званий от русских и зарубежных академий,
ученых обществ и учебных заведений.



Атомистика конца XIX – начала XX в.

Гениальные догадки древних ученых о том. что все вещества состоят из
атомов, к концу XIX в. полностью подтвердились. К тому времени также было
установлено, что атом как единица любого вещества неделим (само слово
«атом» по-гречески означает «неделимый»).
С открытия А. Беккерелем в 1896 г. явления радиоактивности берет свое
начало новый раздел физики – ядерная физика. С этого момента, собственно, и
начинается непосредственно история исследования атомной энергии.
Немецкий физик В. Рентген (1845-1923) открыл в 1895 г. излучение,
названное им Х-лучами (впоследствии они получили название рентгеновских
лучей, или рентгеновского излучения). Он создал первые рентгеновские трубки
и сделал анализ некоторых свойств открытого им излучения. Это открытие и
последующие исследования сыграли важную роль в изучении строения атома,
структуры вещества.
Рентгеновское излучение нашло широкое применение в медицине, технике,
в различных областях науки.
24 февраля 1896 г. французский физик А. Беккерель (1852-1908) на
заседании Парижской Академии наук докладывал: «Фотографическую пластинку
Люмьера обертывают двумя листами очень плотной черной бумаги... На верхний
лист бумаги кладут какое-либо люминесцирующее вещество (бисульфат урана и
калия), а затем все это выставляется на несколько часов на солнце. При
проявлении фотопластинки на черном фоне появляется силуэт люминесцирующего
вещества». Позднее А. Беккерель убедился в том, что нет необходимости
выставлять фотопластинку на солнце, и более того, если урановое соединение
в течение многих месяцев находится в темноте, то процесс проявления все
равно происходит. При этом у физиков возник вопрос, откуда же черпается
энергия, хотя и очень небольшая, но непрерывно выделяющаяся из урановых
соединений в виде ионизирующего излучения?
Открытие радиоактивности урана Беккерелем невозможно переоценить, хотя
важность этого открытия поняли не сразу. В тот период физики были полностью
поглощены работами по изучению свойств рентгеновского излучения, и потому
высказывались предположения, что явление радиоактивности сродни
рентгеновскому излучению. Но рентгеновское излучение возникает при
электрическом разряде, происходящем в сильно разреженном газе, независимо
от природы газа, независимо от вещества, из которого сделаны электроды.
Радиоактивность же солей урана, обнаруженная Беккерелем, не требует
электрического напряжения - ни большого, ни малого. Не нужен и разреженный
газ. Рентгеновское излучение возникает только в присутствии электрического
разряда, излучение, открытое Беккерелем, – всегда, непрерывно, и его
излучает только уран.
Но только ли уран? Этот вопрос и был поставлен Марией Склодовской-
Кюри. Таким образом, был открыт новый этап исследований, который провели
супруги Кюри.
Мария Кюри воспользовалась наблюдением Беккереля, что под влиянием
излучения, испускаемого ураном, воздух становится проводником
электричества. Это упростило поиск веществ, которые

Новинки рефератов ::

Реферат: Современные методы позиционирования и сжатия звука (Компьютеры)


Реферат: Теоретические основы социально-педагогической работы с учащимися в микрорайоне (Педагогика)


Реферат: Культура России (История)


Реферат: Организационно-правовое обеспечение деятельности комитета по международным делам ГД ФС РФ (Международное публичное право)


Реферат: Автоматика и автоматизация производственных процессов (Технология)


Реферат: Себестоимость, расчет по экономическим элементам и калькуляционным статьям (Предпринимательство)


Реферат: Элвис Пресли: Жизнь и творчество (Музыка)


Реферат: Биологическая роль аминокислот (Химия)


Реферат: Магнитометры на сквидах (Технология)


Реферат: Обеспеченность оборотными средствами и финансовая устойчивость сельскохозяйственных предприятий (Деньги и кредит)


Реферат: Социальная культура (Социология)


Реферат: Ахматова в ранние годы (Литература)


Реферат: В. Быков. "Облава" (Литература)


Реферат: Влияние типов семей на развитие подростка (Психология)


Реферат: Антимонопольное законодательство в Украине (Право)


Реферат: Формы реализации права (Теория государства и права)


Реферат: Атлантида (История)


Реферат: Награды в России XVIII-XIX в.в. (История)


Реферат: Учет выпуска, отгрузки и реализации готовой продукции (Аудит)


Реферат: Трактовка образа Обломова в статье Н. А. Добролюбова "Что такое Обломовщина?" (Литература)



Copyright © GeoRUS, Геологические сайты альтруист