Элементарные частицы

Dom

[Введите название документа]

[Введите подзаголовок  документа]

Polina

[Выберите  дату]

 

 

[Введите  аннотацию документа. Аннотация  обычно представляет собой краткий  обзор содержимого документа.  Введите аннотацию документа.  Аннотация обычно представляет  собой краткий обзор содержимого  документа.]

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………  3

ГЛАВА 1. Развитие представлений  об устройстве атома……………………….. 4

1. Открытие электрона…………………………………………………..  6
2. Атом Джозефа Джона Томсона……………………………………… 9
3. Планетарная модель атома Бора-Резерфорда……………………….11

ГЛАВА 2. Элементарные частицы………………………………………………. 19

           2.1. Фундаментальные взаимодействия  микромира……………………. 19

           ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….26

           СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ  И ИСТОЧНИКОВ……..27

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Два мира есть у человека:

Один, который нас творил,

Другой, который мы от века

Творим по мере наших сил.

Н. Заболоцкий

 

Во все времена и  во все эпохи человек отличался  своей любознательностью, объектом которой выступал и до сих пор  выступает окружающий мир, во всех его  строениях, явлениях и проявлениях. Наиболее важным аспектом этой любознательности выступало стремление человека к  достоверности существующих фактов, ведь, сколько людей, столько и различных мнений, а истина  одна на всех. Истина – верное отражение объективной действительности в сознании человека, воспроизведение ее такой, какой она существует сама по себе, не зависимо от человека и его сознания. С помощью суждений и умозаключений человек формулирует вопросы, выводы, теории. И все это – ради познания истины, путь к которой часто бывает очень долгим, трудным и опасным, ведь чем сложнее явление, которое постигается, тем иногда сложнее за очевидным увидеть невероятное.

По мере развития человечества происходит развитие научных познаний, в которых прежние представления  о мире заменяются новыми. Так в современном мире ХХ века научное познание делит мир на части, области, элементы – от галактики до атома, которые описываются математически и исследуются различными приборами. Люди овладели энергией атома, приступили к освоению космоса, появилось множество новых научных дисциплин. Но современной науке известно далеко не все, и никто не знает, сколько еще надо сделать новых открытий, чтобы она смогла ответить на все вопросы, что так тревожат любознательность всех здравомыслящих людей.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

 

 

 

 

ГЛАВА 1. Развитие представлений об устройстве атома

Еще с древнейших времен вопрос о строении мира всегда волновал человека. Изначально, процесс познания у человека заключался в том, что он получал знания о предметах и явлениях окружающего мира, просто созерцая, рассматривая их. Люди не имели возможности заглянуть в их внутренние процессы деятельности, они могли лишь предполагать. По мере развития человека, его все больше и больше стало интересовать, из чего же состоят внутренние механизмы в предметах, явлениях, он стал задумываться о том, что же такое материя, из чего она состоит. Материя – объективная реальность, данная нам в ощущениях. Считается, что материя существует либо в виде вещества, либо в виде поля.

Идея первичной материи (праматери) впервые была выдвинута  древнегреческим философом Эмпедоклом (около 490-430 гг. до н.э.). Эмпедокл полагал, что Вселенная образована четырьмя основными элементами: землей, воздухом, огнем и водой. Соединяясь в разнообразных пропорциях, элементы образуют бесчисленные вещи. Вещи, со своей стороны, подвержены разложению, после которого элементы высвобождаются и могут вступать в новые сочетания, хотя сами никогда не меняются. Эмпедокл полагал, что соединение и разделение вызывается любовью и ненавистью, родством или враждебностью. По мнению Эмпедокла, все вещи – живые и наделены мышлением, человек же отличается от всего прочего лишь более развитой способностью к мышлению.

В пятом веке до нашей  эры древнегреческие мыслители  Левкипп и Демокрит выдвинули  идею о том, что кажущаяся гладкой  и непрерывной материя на самом  деле состоит из великого множества  мельчайших и потому невидимых частиц. Они предполагали что, если взять в руки любой материальный объект и разрезать его пополам, затем одну из получившихся половинок также разрезать пополам, затем разрезать пополам одну из получившихся четвертинок и т.д. Рано или поздно, они утверждали, что получат частицу настолько мелкую, что дальнейшему делению она не подастся. Такую частицу назвали атомом материи. Так впервые появилось слово «атом» -  древнегреческого происхождения, которое переводится как «неделимый».

Идеи Левкиппа и Демокрита  известны нам благодаря сочинениям римского поэта Тита Лукреция Кара (около 95 – 55 лет до н.э.), в обширной поэме « О природе вещей», которая повествовала о происхождении и природе земных вещей. Лукреций подробно излагал атомистическую теорию через учение Эпикура Самосского (около 341 – 270 лет до н.э.), где излагал факты свидетельствующие в пользу атомистической теории. Атомистика Эпикура – Лукреция продолжала более точную линию научного развития, она была более точна, чем теория Левкиппа и Демокрита. Атомы Левкиппа – Демокрита по существу представляли собой геометрические образы, характеризуемые только формой и объемом. Атомы Эпикура и Лукреция по описанию обладали весом, плотностью (твердостью) и внутренней способностью к самопроизвольным отклонениям от прямолинейного движения.

Однако, это всего лишь гипотезы, которые не могли быть проверены на экспериментах, так  как не было на это возможности  ввиду давних времен, а также не имея на руках надлежащего оборудования. По истечению времени, на смену умозрительных построений пришла наука, которая требовала более явные доказательства, чем просто размышление, пусть даже и великих людей. Научные методы познания истины заключались в рациональном описании, измерениях, логической доказательности выводов, возможности объективной (не зависимой от конкретного исследователя) проверке научных результатов.

Ученые вернулись к  атомистической теории только в 1803 году, когда английский химик и физик  Джон Дальтон обратился к представлениям о структуре материи для объяснения химических свойств газов. Дальтон изучал отношения объемов газов, вступавших в реакцию образования химического соединения, например, при образовании воды из водорода и кислорода. На основе подобных результатов Дальтон сформулировал «закон кратных отношений». Согласно этому закону. Если два элемента соединяются в разных пропорциях, образуя разные соединения, то массы одного из элементов, соединяющиеся с одним и тем же количеством второго элемента, соотносятся как небольшие целые числа. «Основные постулаты теории Дальтона заключались в следующем:

1. Каждый элемент состоит из чрезвычайно мелких частиц, называемых атомами.
2. Все атомы одного элемента одинаковы.
3. Атомы различных элементов обладают разными свойствами, в том числе имеют разные массы.
4. Атомы одного элемента не превращаются в атомы других элементов в результате химических реакций; атомы не создаются и не разрушаются в химических реакциях.
5. Соединения образуются в результате комбинации атомов двух или нескольких элементов.
6. В данном соединении относительные количества атомов разных сортов и сорта этих атомов всегда постоянны».

Однако, не смотря на все  изложенные постулаты, считалось, что при всех химических превращениях разрушаются и создаются только молекулы, атомы же остаются неизменными и не могут дробиться на части, в это время вопрос о внутреннем строении атомов даже не возникал, так как атомы считались неделимыми. И наконец, в конце XIX века были сделаны открытия, которые показали сложность строения атома, а также возможность превращения одних атомов в другие.

1. Открытие электрона

Исследовав простейшие, механические свойства материи, человек обратился  к более сложным. Так XIX век в истории науки стал эпохой изучения электрических явлений. Догадки о существовании частиц, являющихся носителями электрического заряда высказывались еще в XVIII веке. Так в своей статье «Научная деятельность Вениамина Франклина» (1956) академик П.Л. Капица цитирует фрагмент одного из его писем, датированного 1749 года: «Электрическая материя состоит из частиц крайне малых, так как они могут пронизывать обычные вещества, такие плотные, как металл, с такой легкостью и свободой, что не испытывают заметного сопротивления». Комментируя эти слова, П.Л. Капица пишет: «В наши дни мы называем эти «крайне малые частицы» электронами. Далее Франклин рассматривал любое тело как губку, насыщенную этими частицами электричества. Электризация тел состоит в том, что тело, имеющее избыток электрических частиц, положительно заряжено; если тело имеет недостаток этих частиц, оно заряжено отрицательно.

В своих работах с 1801 года Вильгельм Вебер  вводит понятие  атома электричества и гипотезу, что его движением вокруг материального  ядра можно объяснить тепловые и  световые явления.

В 1831 году английский ученый Майкл Фарадей открыл оригинальный способ получения электричества, который обнаружил,  что если передвигать магнит внутри катушки в проводе катушки появится электрический ток. Выяснилось, что движение магнита вызывает движение электронов в проводнике. Таким образом, в 1833 году при исследовании явления электролиза М. Фарадей установил, что ток в растворе электролита это упорядоченное движение заряженных частиц – ионов. Он ввел термин «ион» для носителей электричества в электролите. Ион – электрически заряженная частица, образующая в результате потери электронов атомами или молекулами. Фарадей определил минимальный заряд иона, который был назван элементарным электрическим зарядом.

Далее, развивая идеи Майкла Фарадея, Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнитного поля, предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею электромагнитной природы  света и т.д. Благодаря этим работам перед учеными мира вновь встал вопрос об атомной структуре материи, так как электричество стало увязываться с существованием атомов.

Первые представления  об атоме, который представляет собой  сложную структуру строения, были открыты благодаря опытам по изучению катодных лучей, возникающих при  электрическом разряде в сильно разреженных газах. Катодные лучи были открыты в 1859 году Юлиусом Плюккером, название дано Э. Гольдштейном, который высказал волновую гипотезу: катодные лучи представляют собой процесс в эфире. Эфир – физический вакуум, обладающий некоторыми свойствами материи. Английский физик В. Крукс высказал идею, что катодные лучи это потоки частичек вещества.

Так, в 1891 году английский физик и математик Джордж  Джонсон Стони ввел понятие электрона, как элементарной частицы электричества, имеющей минимальный электрический заряд, необходимый для выделения из раствора (ученый изучал явление электролиза) одного атома водорода. Электрон – это элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом, входящая в состав всех атомов, а следовательно, и любого обычного вещества. Это самая легкая из электрически заряженных частиц. Но еще за десять лет до него, Герман Гельмгольц впервые сформулировал следующую мысль: «Если мы примем гипотезу, что простые вещества состоят из атомов, мы не можем избежать заключения, что электричество, как положительное, так и отрицательное, разделяется на определенные элементарные порции, которые ведут себя подобно атомам электричества».

В 1895 году французский физик  Жан Перрен экспериментально доказал, что катодные лучи – это поток отрицательно заряженных частиц, которые движутся прямолинейно, но могут откланяться магнитным полем. Для наблюдения катодных лучей из стеклянной трубки, в которую помещался соединенный с электроскопом металлический цилиндр с небольшим отверстием напротив катода, выкачивали по возможности весь воздух, после чего пропускали через эту трубку ток высокого напряжения. В таких условиях от катода трубки перпендикулярно к его поверхности распространялись «невидимые» катодные лучи, которые вызывали ярко-зеленое свечение в том месте, куда они попадали. При этом выяснилось, что при работе трубки цилиндр всегда получает отрицательный заряд. Если с помощью магнита отклоняли катодные лучи так, чтобы они не попадали внутрь цилиндра, электроскоп не давал никаких показаний. Однако сторонники волновой концепции отрицали, что именно эти частицы являются катодными лучами. Они утверждали, что выброс катодом частицы могли быть двумя разными явлениями, подобно тому, как разными явлениями являются вылет из ствола орудия артиллерийского снаряда,  сопровождающийся вспышкой. Требовались экспериментальные доказательства того, что выброс катодом заряженных частиц и свечение стенки разрядной трубки взаимосвязаны, что речь идет не о разных физических явлениях, а об одном.