Тема 10. Концепция атомизма

Ключевые термины

Синергетика

Монохроматичность

Точка термодинамического равновесия

Когерентность

Флуктуации

Самоорганизация

Деградация

Нелинейность

Объяснения, при которых свойства сложных веществ или тел пытаются свести к свойствам более простых элементов или составных частей, называют редукционистскими.

Атомизмом принято считать подход к объяснению процессов, происходящих во Вселенной, связанный с поиском мельчайших неделимых частиц, определяющих состав, свойства и структуру всего сущего.

Долгое время такой частицей считался атом (в переводе с греческого неделимый), однако в начале ХХ века английские физики Э.Резерфорд и Ф.Содди, исследуя радиоактивные превращения химических элементов, доказали, что атом не является неделимым.

Поиск первичных фундаментальны х частиц, названных впоследствии элементарными, привел к открытию электрона (1897), протона (1919), фотона (1900), нейтрона (1932), позитрона (1932), нейтрино (1932), антипротона (1955), антинейтрона (1956), промежуточных бозонов (1983). В 1970-80г.г. речь идет уже о семействах «странных», «очарованных», «красивых» элементарных частиц.

Ядерная физика изучает структуру и свойства атомных ядер. Она исследует также взаимопревращения атомных ядер происходящие в результате, как радиоактивных распадов, так и различных ядерных реакций. К ядерной физике тесно примыкают физика элементарных частиц, физика и техника ускорителей заряженных частиц, ядерная энергетика.

Элементарные частицы – неделимые на современном уровне развития физики микрочастицы, из которых состоит вся материя. К элементарным частицам относятся: протоны, нейтроны, электроны, фотоны, пи-мезоны, мюоны, тяжёлые лептоны, нейтрино трёх типов, странные частицы (К-мезоны, гипероны), разнообразные резонансы, мезоны со скрытым очарованием, «очарованные» частицы, промежуточные векторные бозоны и т. п. – всего более 350 частиц, в основном нестабильных. Их число продолжает расти по мере расширения наших знаний. Большинство перечисленных частиц не удовлетворяет строгому определению элементарности, поскольку являются составными системами. Общее свойство всех этих частиц заключается в том, что они представляют собой специфические формы существования материи, не ассоциированной в ядра и атомы.

Микроскопические массы и размеры элементарных частиц обуславливают квантовую специфику их поведения. Наиболее важное квантовое свойство всех элементарных частиц – способность испускаться и поглощаться при взаимодействии с другими частицами.

В зависимости от времени жизни частицы делятся на стабильные (электрон, протон, фотон и нейтрино), квазистабильные (распадающиеся при электромагнитном и слабом взаимодействиях, время их жизни больше 10 ^-29 с) и резонансы (частицы, распадающиеся за счёт сильного взаимодействия, типичное время жизни ~10 ^-22-10 ^–24 с).

Общими для всех элементарных частиц характеристиками являются масса, время жизни, электрический заряд, спин и др.

Характеристики элементарных частиц, принимающие дискретные значения, принято называть квантовыми числами. Различают спиновое, орбитальное, магнитное и другие квантовые числа.

На сегодняшний день с теоретической точки зрения известны следующие истинно элементарные частицы (на данном этапе развития науки считающиеся неразложимыми) частицы: кварки и лептоны (эти разновидности относятся к частицам вещества), кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны).

У многих частиц существуют двойники в виде античастиц, с теми же массой, временем жизни, спином, но отличающиеся знаками всех электрического заряда.

Характерная особенность поведения частиц и античастиц – их аннигиляция при столкновении. Типичный пример – взаимоуничтожение электрона и позитрона с выделением энергии при рождении двух фотонов.

Существуют 4 вида взаимодействия между элементарными частицами:

1) cильное: этот вид обеспечивает связь нуклонов в ядре;

2) электромагнитное: это силы кулона и Лоренца;

3) слабое: ответственно за взаимоприращения частиц внутри ядра;

4) гравитационное: закон всемирного тяготения

Выделены две большие группы элементарных частиц: адроны, которые могут участвовать в сильном, электромагнитном и слабом взаимодействии; и лептоны, участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействии. В эти группы попадают все элементарные частицы за исключением фотона.

Кроме того у элементарных частиц выделяют индивидуальные характеристики:

1) массу частицы;

2) время жизни;

3) спин;

4) электрический заряд;

5) магнитный момент.

Современный подход к изучению строения материи основывается не на поиске последних, неделимых частиц, а на выявление их внутренних связей для объяснения целостных свойств макрообразований. Дальнейший прогресс в познании фундаментальных свойств материи следует, по-видимому, ожидать в результате объединения концепций атомизма (дискретности), целостности (системности) и системного анализа.