Концепция атомизма и элементарных частиц

      Электромагнитное  взаимодействие менее интенсивно по своему характеру и определяет специфику связи между электронами и ядрами в атоме, а также между атомами в молекуле.

      Слабое  взаимодействие – наименее интенсивно, оно вызывает медленно протекающие процессы с элементарными частицами, в частности распад так называемых квазичастиц.

      Гравитационное  взаимодействие происходит на чрезвычайно коротких расстояниях и вследствие крайне малости масс частиц дает весьма малые эффекты, но его сила значительно возрастает при взаимодействии масс.

      Приведенная классификация взаимодействий имеет  относительный характер, так как  существенно зависит от энергии  частиц. Во всяком случае она относится  лишь к взаимодействию частиц, обладающих не слишком большой энергией.

      По  типу взаимодействия, в котором участвуют  элементарные частицы, все они за исключением фотона, могут  быть отнесены к двум группам.

• К первой относятся адроны, для которых характерно наличие сильного взаимодействия, но они могут участвовать также в электромагнитном и слабом взаимодействии
• Ко второй группе принадлежит лептоны, участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействиях.

   Помимо  общих групповых характеристик, элементарные частицы обладают даже специфическими, индивидуальными признаками, которые характеризуются их квантовыми числами. К ним относят массу частицы, время ее жизни, спин и электрический заряд. По массе частицы делятся на тяжелые, промежуточные и легкие. По временя жизни различают стабильные, квазистабильные и нестабильные частицы. К стабильным частицам относится электрон, протон, фотон и нейтрон. Квазистабильные частицы распадаются вследствие электромагнитного6 и слабого взаимодействия. Нестабильные частицы распадаются за счет сильного взаимодействия. Спин характеризуют собственный момент количества движения частицы и измеряется целым или полуцелым значением, кратным постоянной Планка. Та у протона и электрона он равен ½, а у фотона 0. Электрические заряды элементарных частиц являются кратными наименьшего заряда, присущего электрону. 

     5. КВАРТОВАЯ МОДЕЛЬ  АДРОНОВ 

     Большое число элементарных частиц и в  особенности адронов у же в  начале 1950-х годов побудило физиков  заняться поиском закономерностей в распределении их масс и других квантовых чисел. Эти поиски привели американского физика М.Гелл-Мана (р.1929) к гипотезе, что все адроны являются комбинациями кварков.

     По  современным представлениям кварки – гипотетические материальные объекты, из которых состоят все адроны, т.е. частицы, участвующие в сильном  взаимодействии. К ним относятся  все мезоны и барионы, а также  многочисленные нестабильные (резонансные) элементарные частицы. Согласно новой  гипотезе, мезоны состоят из кварка и антиквара, барионы (тяжелые частицы, такие, как протон, нейтрон и им подобные) – из трех кварков. Гипотеза кварков стала необходимой для объяснения динами различных процессов, в которых участвуют адроны. Но хотя она теоретически необходима, никакого экспериментального подтверждения, не смотря на многочисленные поиски с помощью ускорителей высоких энергий, в космических лучах и окружающей среде, их не было найдено. Это заставило физиков предположить, что здесь мы встречаем принципиально новыми явлениями природы, которое называются удержанием кварков. Однако это мнение не является общепринятыми и встречает различные возражения.

     На  пути создания непротиворечивой теории элементарных частиц возникает немало трудностей, связанных, например, с  получением бесконечного большого значения для некоторых физических величин, неясностью механизма определения  массы «истинных» элементарных частиц и рядом других проблем. В последние  годы наметались тенденция преодоления  этих трудностей путем отказа от представления  об элементарных частицах как о точечных образованиях и признания их конечной протяженности, а также принятия новой геометрии на весьма малых  расстояниях. По-видимому перспективным  является также учет влияния гравитации на таких расстояниях. Новые пути исследования открываются также включением гравитационного взаимодействия в общую структуру взаимодействия элементарных частиц. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     6. КОНЦЕПЦИЯ АТОМИЗМА. ДИСКРЕТНОСТЬ И  НЕПРЕРЫВНОСТЬ МАТЕРИИ. 

     Строение  материи интересует естествоиспытателей еще с античных времен. В Древней Греции  обсуждались две противоположные гипотезы строения материальных тел. Одну из них предложил древнегреческий мыслитель Аристотель. Она заключается в том, что вещество делиться на более мелкие частицы и нет предела его делимости. По существу, эта гипотеза означает непрерывность вещества. Другая гипотеза выдвинута древнегреческим философом Левкиппом (V в. До н.э.) и развита его учеником Демикритом, а затем его последователем философом-материалистом. Эпикуром (ок. 341-270 до н.э.). В ней предполагалось, что вещество состоит из мельчайших частиц -  атомов. Это и есть концепция атомизма – концепция дискретного квантового строения материи. По Демокриту, в природе существуют только атомы и пустота. Атомы – неделимые, вечные, неразрушительные элементы материи.

     Реальность  существования атомов вплоть до конца  XIX в. Подвергалась сомнению. В то время объяснения многих результатов химических реакций не нуждались в понятии атома. Для них, как и для количественного описания движения частиц, вводилось другое понятие – молекула. Существование молекул экспериментально доказано французским физиком Жанном Перреном (1870-1942) при наблюдении броуновского движения. Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими связями. Число атомов в молекуле – от двух до соте, тысяч и миллионов.

     Неделимость атомов как составной части молекулы долгое время не вызывала сомнений. Однако к началу  XX в. Физические опыты показали, что атомы состоят из более мелких частиц. Так, в 1897 г. Английский физик Д. Томсон (1956-1940) открыл электрон – составную часть атома. В следующем году он определил отношение его заряда к массе, а в 1903 г. Предложил одну из первых моделей атома.

     Атомы химических элементов по сравнению  с наблюдаемыми телами очень малы: их размер – от 10^-10 до 10^-9 м, а масса – 10^-27 – 10^{-25 кг.} Они имеют сложную структуру и состоят из ядер и электронов. В результате дальнейших исследований выяснилось, что и ядра атома состоят из протонов и нейтронов, т.е. имеют дискретное строение. Это означает, что концепция атомизма для ядер характеризует структуру материи на ее нуклонном уровне.

     В настоящее время принято считать, что не только вещество, но и другие виды материи – физическое поле и физический вакуум – имеют дискретную структуру. Даже пространство и время, согласно квантовой теории поля, в сверхмалых масштабах образуют хаотически меняющуюся пространственно-временную среду с ячейками размером 10^-35 м и временем 10^-43 с. Квантовые ячейки настолько малы, что их можно не учитывать при описании свойств атомов, нуклонов и т.п., считая пространство и время непрерывности.

     Основной  вид материи – вещество, находящееся  в твердом и жидком состояниях, - воспринимается обычно как непрерывная, сплошная среда. Для анализа и  описания свойств такого вещества в  большинстве случае учитывается  только его непрерывность. Однако то же вещество при объяснении тепловых явлений, химических связей, электромагнитного  излучения и т.п., рассматривается  как дискретная среда, состоящая  из взаимодействующих между собой  атомов и молекул.

     Дискретность  и непрерывность присущи и  для другого вида материи –  физического поля. Гравитационное, электрическое, магнитное и другие поля при решении многих физических задач принято считать непрерывными.  Однако в квантовой теории поля предполагается, что физические поля дискретны.

     Для одних и тех же видов материи  характерна и непрерывность, и дискретность. Для классического описания природных явлений и свойств материальных объектов достаточно учитывать непрерывные свойства материи, а для характеристики различных микропроцессов  - ее дискретность свойства. Непрерывность и дискретность – неотъемлемые свойства материи.

     7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     Атомистическая  теория строения материи легла в  основу всего дальнейшего развития теоретического естествознания, а представлении  неделимости атома было остановлено  физикой только на пороге XX в., когда  она получила в свое распоряжение новые мощные экспериментальные  средства. Впрочем, неделим фотон, который  непрерывно движется в пространстве…

     Атомистическая  концепция опирается на представления  о дискретном строении материи, согласно которому объяснение свойств физического  тела можно в конечном итоге свести к свойствам составляющих его  мельчайших частиц, которые на определенном этапе познания считаются неделимыми. Исторически такими частицами сначала  признавались атомы, затем элементарные частицы, теперь кварки. Трудности, которые  возникают при таком подходе, с общей, мировоззренческой точки  зрения связаны, во-первых, с абсолютизацией аспекта дискретности, неограниченной делимости материи, во-вторых, с полной редукцией сложного к простому, при  которой не учитываются качественные различия между ними. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8. СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Рузавин Г.И.

Концепция современного естествознания: Учебник  для вузов.- М.: Культура и спорт. ЮНИТ, 1999 - 288с. 

2. Карпенков С.Х.

Концепция современного естествознания : Учебник  для вузов / С.Х. Карпенко – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 2003-488 с.: ил. 

3. Акимов  О.Е.

Естествознание: Курс  лекций – М.: ЮНИТ – ДАНА, 2001 – 639с.;иил 

4. Карпенков С.Х.

Основные  концепции естествознания: Учебное  пособие. – 2-е изд. и доп. – М.: Академический Проект, 2002 – 368с.