Виды материи:
Форма материи – совокупность различных объектов и систем, обладающих единой качественной определенностью, выражающейся в общих свойствах и специфических для данной формы материи способах существования.
1. Физическая форма материи известна нам лишь с простого уровня – лептонов и кварков, выше которого уровень элементарных частиц – протонов, нейтронов, атомов макротел, включая образование – метагалактику, или нашу вселенную. В более укрупненном плане ФФМ может рассматриваться как составленная из двух основных форм физической материи – вещества и поля.
Хотя современная физика не знает как наиболее простых, так и наиболее крупных уровней физической реальности, в ней получила серьезные основания идея генетического единства ФФМ. Согласно современным представлениям, известная нам физическая реальность возникла из относительно простого сингулярного состояния в результате “Большого взрыва” 10-20 млрд. лет назад. Не зная нижнего и верхнего пределов ФФМ, мы можем, однако, с большой уверенностью заключить о существовании объединяющих физическую реальность двух наиболее фундаментальных свойств – массы и энергии.
Каждая частная физическая форма материи и движения обладает своими специфическими свойствами, отличающими ее от других форм, однако в целом, в своей тотальности частные физические формы материи характеризуются единым, общим, интегральным свойством – энергией, в которой угасают эти специфические свойства, исчезают различия между частными физическими формами материи и движения. Наличие этого свойства оказывается необходимой основой взаимодействия и взаимопревращения различных физических объектов, позволяет ввести общую меру физического движения, отражающую единство физической реальности, ее отличие от химической, биологической социальной форм материи.
Фундаментальные свойства масса и энергия находятся в глубокой зависимости, фиксируемой соотношением Эйнштейна E=mc2. таким образом, физическая форма материи – это масс-энергетический мир.
Материал современной физики позволяет определить специфический способ, или форму, развития. С момента Большого взрыва развитие ФФМ осуществлялось первоначально путем преимущественно дифференциации, возникновения все большего многообразия физических объектов, затем, все в большей степени, посредством прямого субстратного синтеза, интеграции простых образований в более сложные. Важнейшей особенностью этого процесса дифференциации – интеграции является его масс-энергетический характер.
Единым способом существования являются 4 типа взаимодействия: сильное, слабое, электромагнитное, гравитационное.
2. Химическая форма материи: единство, сущность, способ существования, направленность эволюции.
ХФМ включает уровни от атома до макромолекулярных комплексов, лежащих в преддверии живой материи. ХФМ «строится» из физической. Химический атом синтезирован из протонов, нейронов и электронов.
Существенный факт в пользу своеобразной химической реальности является то, что химические связи между качественно различными атомами в физическом отношении различаются только количественно. Так связь Н-С отличается от Н-F с физической стороны лишь полярностью и разностью электроотрицательности атомов. С химической же стороны – это связи водорода с качественно различными химическими элементами.
Химический мир – это над-массэнергетический мир, в котором слабые масс-энергетические процессы хотя и имеют место, образуя физическую основу химизма, но не определяют ее природы. Химический мир, как подметил еще Гегель, характеризуется несравненно большим качественным многообразием, чем физическим. Образуясь всего из трех элементарных частиц, ХФМ включает свыше 100 химических элементов, из которых возникает огромное качественное многообразие химических соединений. В настоящее время идентифицировано порядка 8млн химических соединений и ежегодно синтезируется около 0,5млн. Химические элементы составляют низший, наиболее простой и исходный уровень химической эволюции. Они возникают в результате предшествующего физического процесса эволюции, обладают неодинаковой физической и химической сложностью и, следовательно, различными возможностями дальнейшего химического процесса развития, различным потенциалом развития. Углерод – наиболее сложный химический элемент, обладающий наивысшим потенциалом химического развития. В той или иной мере близкими углероду эволюционными потенциалами обладают водород, азот, сера и фосфор. В силу этого углерод, водород, кислород и др. хим. элементы играют главную роль в химической эволюции, закономерно приводящей к появлению жизни, и поэтому называются элементами-органогенами.
В основе представления о химическом способе объективно-реального существования и развития лежит понятие химической реакции. Химическая реакция - это относительно самостоятельное превращение, связанное с некоторым конечным числом реагирующих субстратов.
Химический процесс есть единство синтеза (ассоциации) и распада (распада). Поскольку химический синтез приводит к усложнению веществ, он является химической формой прогресса, а распад – регресса.
Общим интегральным направлением химических преобразований является прямой субстратный синтез. Он выступает в качестве общего для Ф и ХФМ способа объективно-реального существования и развития, однако он обладает в них своей существенной спецификой.
Химический субстратный синтез включает особый, специфический механизм – катализ, т.е. способность ускорения химических превращений. В ХФМ, таким образом, возникает своеобразная способность многократного самоускорения движения и развития.
В развитии ХФМ можно выделить целый ряд направлений. Общим направлением всех линий развития является движение от низшего к высшему, от простого к сложному: от химических элементов к молекулам и их комплексам. В пределах общего направления можно выделить магистральное, т.е. основное направление, и побочные, или тупиковые, ветви развития.
Магистральное направление развития ХФМ связанно с углеродом как наиболее сложным и богатым хим. элементом и другими элементами-органогенами – Н, О, N, S, Ph. Тупиковые направления обуславливают развитие на магистральной линии, создают необходимые для химической эволюции условия. В конечном счете, химическая эволюция закономерно приводит к возникновению живой материи. В химической эволюции обнаруживается одна из важнейших закономерностей развития – аккумуляция содержания низших ступеней в высших. Хим. эволюция представляет собой не простую смену одного состояния другим, а накопление, синтез основных результатов развития в последующих ступенях, в результате чего возникает материальный субстрат, обладающий наибольшим многообразием самых различных и даже противоположных свойств. Так белки, один из важнейших компонентов живой материи, обладают кислотными и основными, гидрофильными и гидрофобными свойствами, обнаруживают все основные типы реакций. В нуклеиновых кислотах благодаря их особой структуре происходит накопление информационного содержания в сжатой, кодированной форме.
Возникновение жизни обусловлено, прежде всего, магистральным направлением химической эволюции, где ХФМ выступает в своем оптимальном или, или достаточно полном, содержании или многообразии.
3. Биологическая форма материи: единство, сущность, способ существования, направленность эволюции.
Субстрат: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры, некоторые минеральные соединения.
Жизнь – высшая из природных форм движения материи, которая характеризуется самообновлением, саморегуляцией, самовоспроизводством разноуровневых открытых систем субстратную функциональную основу которых составляет белки, жиры, нуклеиновые кислоты, фосфорорганические соединения.
Сущностью жизни, или биологического способа существования, является тенденция к самосохранению путем приспособления к среде.
Особенность биологической формы материи (БФМ): если более простые материальные тела – физические и химические существуют в силу присущей им большей или меньшей устойчивости, то у живой материи самосохранение становится результатом активных процессов. На самосохранение направлена вся совокупность физических, химических и биологических процессов живого организма. Это самосохранение возможно только благодаря активному приспособлению живых организмов к окружающей среде.
Самосохранение путем приспособления, как два важнейших свойства БФМ, выражаются в совокупности других существенных свойств живой материи: ассимиляции и диссимиляции, росте развитии организмов, раздражимости и сократимости живой ткани, способности к движению, способности к эволюции.
Наследственность – концентрированное выражение способности живого к самосохранению, своего рода биологическая память. Важнейшие индивидуальные, видовые и другие признаки живого закрепляются посредством особых биологических структур – генов, совокупность которых образует геном организма. Совокупность всех геномов живых организмов составляет генофонд живой материи в целом.
В классификационном отношении живые организмы образуют четыре царства природы – растений, животных, грибов и вирусов, которые в свою очередь делятся на типы, классы, отряды, семейства, роды, виды, некоторые промежуточные единицы.
Одним из замечательных способов самосохранения живого является непрерывное существование жизни через смену поколений. Живое и его генетическая основа являются в этом смысле бессмертными, смертны лишь отдельные индивиды и поколения.
Весьма важную роль в развитии БФМ играет способность отображения внешней среды, возникающая первоначально в форме раздражимости, на основе которой далее возникает чувствительность и психическая деятельность.
Биологическая эволюция. Наиболее разработанной теорией биологической эволюции является современный дарвинизм (СТЭ). Согласно СТЭ важнейшими факторами эволюции являются наследственная изменчивость и естественный отбор, понимаемый как выживание наиболее приспособленных организмов. Принято считать, что наследственная изменчивость имеет случайный характер и поэтому биологическая эволюция должна рассматриваться как случайный процесс. Ключевую роль в эволюции играют, таким образом, случайные по своей природе мутации, естественный отбор превращает случайные изменения в необходимые. Дарвин считал, что биологическая эволюция приводит к появлению наиболее сложного живого существа – человека.
4. Социальная форма материи: единство, сущность, способ существования, направленность эволюции. Место и роль человека в мире.
Одной из важнейших сторон учения о формах движения материи является трактовка общественных процессов как социальной формы материи.
В современной науке, включая философию, широко распространено представление о случайности появления человека в ходе биологической эволюции, развитии природы, или, иначе, о случайности человека по отношению к природе мира в целом. Утверждение о случайности человека по отношению к миру означает, что человек находится в поверхностном, внешнем (случайном) отношении к миру, к его сущности, возникает не на магистрали, а на задворках мирового развития. Он обладает, следовательно, случайным, несущественным содержанием, природой и, следовательно, не может с достоверностью судить о природе мира
С позиции случайного человека природа мира оказывается непознаваемой, достоверное мировоззрение – невозможным. Более того, не находясь в отношении к самой сущности мира, обладая случайным содержанием и случайной сущностью, человек не может судить и о своей случайности или необходимости.
Концепция случайности человека по отношению к миру, его сущности, с необходимостью приводит к заключению о бессодержательности и бессмысленности человеческого существования, ибо случайное и есть бессодержательное и, следовательно, бессмысленное. Таким образом, если исследовать основания и смысл утверждения о случайности человека по отношению к бесконечному мировому процессу, мы неизбежно приходим к выводу, что это утверждение противоречит самому себе и поэтому лишено смысла.
В марксистской философии концепция человека имеет многоуровневый и многоаспектный характер. В рамках единой концепции человека можно различить прежде всего два уровня, которые с некоторой условностью можно назвать всеобщей и особенной концепциями человека. Первая концепция входит в состав наиболее общей философской науки – диалектического материализма и представляет собой описание человека во всеобщих категориях, т.е. применительно к всеобщим сторонам мира – материи, развитию, необходимости, случайности и т.п. Вторая концепция представляет собой описание человека в категориях особенного – социологии, или исторического материализма – общества, производительных сил и производственных отношений, классов, наций и т.д.
С позиции научной философии возникновение человека (общества), как высшей формы материи, вызвано тремя группами факторов или причин: всеобщими, особенными и единичными. К всеобщим относится природа (сущность) бесконечного мира. К особенным причинам появления человека необходимо отнести, прежде всего, эволюцию биологической формы материи, закономерно порождающую высшую форму жизни – мыслящие существа. Следует выделить также единичные факторы возникновения человека, к которым можно отнести локальные условия земли, определившие специфические черты земного человечества.
Абсолютная тенденция жизни к самосохранению закономерно приводит к появлению более эффективного и радикального способа существования, способа выживания, чем приспособление к среде. Таким новым способом выживания может стать только преобразование среды и, на этой основе, преобразование самого живого, т.е. производство жизни. Производство самого себя на основе преобразования среды – новый, высший способ существования и развития человека, социальной формы материи.
Среди факторов, названных нами особенными, весьма важное место принадлежит труду. Энгельс сформулировал новую концепцию антропосоциогенеза. Основная идея этой концепции заключается в том, что труд, как процесс преобразования природы и самого человека, с момента своего зарождения и в процессе дальнейшего формирования служил вначале активным, а затем определяющим фактором формирования человека. Огромную роль в формировании человека сыграли биологические факторы, включая естественный отбор. Зарождающийся и формирующийся труд мог привести к возникновению человека лишь становясь в то же время и биологическим фактором – фактором естественного отбора.
Труд – процесс взаимодействия человека с природой, который осуществляется с помощью вырванных из природной среды и преобразованных природных элементов – средств труда (прежде всего орудий труда). Труд имеет коллективный характер и выступает основой формирования общества как сложного коллектива людей, объединенных социальными, прежде всего экономическими связями.
Человеческая сущность. Человек – это существо, которое производит само себя, свое бытие сущность. Человек живет тем, что в природе не существует, что он должен непрерывно создавать. Главное в человеческом способе существования – производство самого себя, своего собственного бытия и своей сущности. Производство предметов – средство существования человека, его бытия и сущности. Человек, человечество – высшая форма материи, обладающая наиболее сложным способом существования и развития. Важнейшими сущностными силами человека являются труд, или преобразовательная материальная деятельность человека, мысль, или универсальная и неограниченная способность познания мира, общение, т.е. социальная связь с себе подобными. Вторым ярусом человеческих сущностных сил выступают способности и потребности. Важными сущностными свойствами человека, связанными с обеими группами свойств, являются коллективность и индивидуальность, свобода и ответственность.
Производящий способ существования человека как высшей формы материи определяет возникновение другой сущностной черты человека – сознание. Человек поэтому – производящее и сознающее существо.
Человеческая сущность противоречива: она несет в себе противоречия между потребностями и способностями, трудом и мыслью, трудом и формами общения, коллективностью и индивидуальностью, свободой и ответственностью и др. развитие человеческой сущности происходит на основе ее внутренних противоречий.
Смысл человеческого существования определяется сущностью человеческого существования, но не тождественен с нею. Сущность человека, человеческого существования имеет наиболее общие и постоянные, вечные черты, поскольку она всегда заключается в производстве человеком своего собственного бытия.
Научная философия показала, что смысл человеческого существования нельзя искать вне человеческой жизни – в природе, боге, идеи. Смысл заложен в самом человеческом существовании. Человек производит свое собственное существование, что и составляет его сущность и смысл. Смысл существования – не в бессмысленном течении времени человеческого бытия, а в движении человека в свою собственную сущность, в углублении человека в свою бесконечную человеческую сущность.
АНТРОПОЦЕНТРИЗМ - крайняя форма антропоморфизма, познавательной установки, в которой утверждается наличие человеческого измерения в любом знании о природе, обществе и в самом познании. Классическую формулировку антропоцентризм обретает в знаменитой формуле Дротагора “человек есть мера всех вещей”. В отличие от античного уподобления микро- и макрокосма, а также от объективизма классической рациональности в современном естествознании антропоцентризм выражает зависимость научного результата не только от положения субъекта-наблюдателя и характеристик его инструментальной и целеполагающей деятельности, но и от самого факта его присутствия во вселенной.
В социальном познании антропоцентризм противоположен социоцентризму, или социологизму. В концепциях антропоцентристского направления подчеркивается самостоятельность индивида как субъекта свободного выбора и ответственного поступка. В политике принцип антропоцентризма реализован в либерализме, признающем приоритет интересов личности перед интересами любых сообществ и неотчуждаемость ее естественных прав. Методологически антропоцентризм противостоит натуралистическому детерминизму и историцизму, означая приоритет целеполагающей человеческой деятельности перед социальными структурами и “законами исторической необходимости”. Антропоцентристской установке чуждо масштабное социальное проектирование и жесткие социальные технологии (см. Технологии социальные), подчиняющие интересы личности логике проекта и превращающие человека в “винтик” государственной машины. Антропоцентризм содержит в себе требование соразмерности социальных преобразований человеку и очерчивает пределы вмешательства власти в человеческую повседневность. Что касается марксизма, то он унаследовал просветительский взгляд на человека как на продукт обстоятельств и воспитания и определял сущность человека как комплекс социальных отношений. И хотя деятельностный подход, реализованный в понятии общественной практики, и претендует на снятие дилеммы антропоцентризма и социоцентризма, марксизм в целом явно тяготеет к последнему. Отход К. Маркса от антропоцентризма, заявленного в “Экономическо-фалософских рукописях 1844 г.” и “Манифесте Коммунистической партии” (“свободное развитие каждого есть условие свободного развития всех”), отчетливо виден в его концепции формационного развития общества как естественно-исторического процесса, в рамках которого человек представляет собой “личный элемент производительных сил”. Русские марксисты, напр., Г. В. Плеханов, явно тяготели к социоцентризму в решении вопроса о роли личности в истории. В классической социологии основная позиция антропоцентризма отчетливо выражена Г. Спенсером, полагавшим, что “каждое социальное явление должно иметь своим источником известные свойства индивидов”, а потому “тип общества определяется природой составляющих его единиц”. Развернутую социологическую интерпретацию антропоцентризм обрел в “понимающей социологии” At. Вебера. Веберовский постулат субъективной интерпретации гласит: ничто не может быть понято лучше, чем индивидуальное осмысленное действие. Понять социальное явление значит свести его к субъективным смыслам действующих индивидов - конечному пункту теоретического анализа любых социальных процессов. В поствеберовской социологии антропоцентризм противопоставлен структурному функционализму, сторонники которого акцентировали внимание на детерминирующем воздействии социальных структур. Наследующая же веберовские традиции феноменологическая социология выступала против реификации (овеществления) социальных структур и трактовала их как набор социально одобренных образцов человеческого поведения. Не отрицая структурирующего воздействия социальных институтов на человеческую деятельность, она исследовала систему высокосложных типизации, аккумулирующих опыт индивидуального “усвоения” подобных образцов в исполнении социальных ролей (интериоризация). Социологический постмодернизм ликвидировал противопоставление человека и продуктов его творческой активности, радикализировав структуралистские идеи “смерти субъекта” (М. Фуко), растворения автора в тексте (Р. Борт). Современной социологии свойственны попытки снятия дилеммы антропо- и социоцентризма с помощью понятия габитуса как инкорпорированной социальности (П. Бурдье). Но в отличие от традиционных обществ, габитус современного человека, вовлеченного во множество изменчивых личных и анонимных социальных связей, не может считаться социальным инвариантом, а концепция габитуса-окончательным снятием дилеммы антропоцентризма и социоцентризма.
Материя - бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств и связей, отношений и форм движения. Она включает в себя не только непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые не даны человеку в его ощущениях.
Неотъемлемым свойством материи является движение. Движение материи представляет собой любые изменения, происходящие с материальными объектами в результате их взаимодействий. В природе наблюдаются различные виды движения материи: механическое, колебательное и волновое, тепловое движение атомов и молекул, равновесные и неравновесные процессы, радиоактивный распад, химические и ядерные реакции, развитие живых организмов и биосферы.
На современном этапе развития естествознания исследователи различают следующие виды материи: вещество, физическое поле и физический вакуум.
Вещество представляет собой основной вид материи, обладающий массой покоя. К вещественным объектам относят: элементарные частицы, атомы, молекулы и многочисленные образованные из них материальные объекты. Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия атомов и молекул, что и обусловливает различные агрегатные состояния веществ.
Физическое поле представляет собой особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем. К физическим полям исследователи относят: электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, волновые поля, соответствующие различным частицам. Источником физических полей являются частицы.
Физический вакуум - это низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин был введен в квантовую теорию поля для объяснения некоторых процессов. Среднее число частиц - квантов поля - в вакууме равно нулю, однако в нем могут рождаться частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время.
При описании материальных систем используют корпускулярную (от лат. corpuskulum - частица) и континуальную (от лат. continium - непрерывный) теории. Континуальная теория рассматривает повторяющиеся непрерывные процессы, колебания, которые происходят в окрестности некоторого среднего положения. При распространении колебаний в среде возникают волны. Теория колебаний - область физики, занимающаяся исследованием этих закономерностей. Таким образом, континуальная теория описывает волновые процессы. Наряду с волновым (континуальным) описанием широко используется понятие частицы - корпускулы. С точки зрения континуальной концепции вся материя рассматривалась как форма поля, равномерно распространенного в пространстве, а после случайного возмущения поля возникли волны, то есть частицы с различными свойствами. Взаимодействие этих образований привело к появлению атомов, молекул, макротел, образующих макромир. На основе этого критерия выделяют следующие уровни материи: микромир, макромир и мегамир.
Микромир - это область предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых материальных микрообъектов, размер которых исчисляется в диапазоне от 10 -8 до10 -16 см, а время жизни - от бесконечности до 10 -24 с. Это мир от атомов до элементарных частиц. Все они обладают как волновыми, так и корпускулярными свойствами.
Макромир - мир материальных объектов, соизмеримых по своим масштабом с человеком. На этом уровне пространственные величины измеряются от миллиметров до километров, а время - от секунд до лет. Макромир представлен макромолекулами, веществами в различных агрегатных состояниях, живыми организмами, человеком и продуктами его деятельности.
Мегамир - сфера огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в которой измеряется астрономическими единицами (1 а. е. = 8,3 световых минуты), световыми годами (1 световой год = 10 трлн км) и парсеками (1пк = 30 трлн км), а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет. К этому уровню относятся наиболее крупные материальные объекты: планеты и их системы, звезды, галактики и их скопления, образующие метагалактики.
Классификация элементарных частиц
Элементарные частицы - основные структурные элементы микромира. Элементарные частицы могут быть составными (протон, нейтрон) и несоставными (электрон, нейтрино, фотон). К настоящему времени обнаружено более 400 частиц и их античастиц. Некоторые элементарные частицы обладают необычными свойствами. Так, долгое время считалось, что частица нейтрино не имеет массы покоя. В 30-е гг. XX в. при изучении бета-распада было обнаружено, что распределение по энергиям электронов, испускаемых радиоактивными ядрами, происходит непрерывно. Из этого следовало, что или не выполняется закон сохранения энергии, или кроме электронов испускаются трудно регистрируемые частицы, подобные фотонам с нулевой массой покоя, уносящие часть энергии. Ученые предположили, что это нейтрино. Однако зарегистрировать нейтрино экспериментально удалось только в 1956 г. на огромных подземных установках. Сложность регистрации этих частиц заключается в том, что захват частиц нейтрино происходит чрезвычайно редко из-за их высокой проникающей способности. В ходе экспериментов было установлено, что масса покоя нейтрино не равна нулю, хотя от нуля отличается ненамного. Интересными свойствами обладают и античастицы. Они имеют многие из тех же признаков, что и их частицы-двойники (массу, спин, время жизни и т. д.), но отличаются от них знаками электрического заряда или другими характеристиками.
В 1928 г. П. Дирак предсказал существование античастицы электрона - позитрона, который был обнаружен спустя четыре года К. Андерсоном в составе космических лучей. Электрон и позитрон - не единственная пара частиц-двойников, все элементарные частицы, кроме нейтральных, имеют свои античастицы. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция (от лат. annihilatio - превращение в ничто) - превращение элементарных частиц и античастиц в другие частицы, число и вид которых определяются законами сохранения. Например, в результате аннигиляции пары электрон- позитрон рождаются фотоны. Число обнаруженных элементарных частиц со временем увеличивается. Вместе с тем продолжается поиск фундаментальных частиц, которые могли бы быть составными «кирпичиками» для построения известных частиц. Гипотеза о существовании подобного рода частиц, названных кварками, была высказана в 1964 г. американским физиком М. Гелл-Маном (Нобелевская премия 1969 г.).
Элементарные частицы обладают большим количеством характеристик. Одна из отличительных особенностей кварков заключается в том, что они имеют дробные электрические заряды. Кварки могут соединяться друг с другом парами и тройками. Соединение трех кварков образует барионы (протоны и нейтроны). В свободном состоянии кварки не наблюдались. Однако кварковая модель позволила определить квантовые числа многих элементарных частиц.
Элементарные частицы классифицируют по следующим признакам: массе частицы, электрическому заряду, типу физического взаимодействия, в котором участвуют элементарные частицы, времени жизни частиц, спину и др.
В зависимости от массы покоя частицы (масса ее покоя, которая определяется по отношению к массе покоя электрона, считающегося самой легкой из всех частиц, имеющих массу) выделяют:
♦ фотоны (греч. photos - частицы, которые не имеют массы покоя и движутся со скоростью света);
♦ лептоны (греч. leptos - легкий) - легкие частицы (электрон и нейтрино);
♦ мезоны (греч. mesos - средний) - средние частицы с массой от одной до тысячи масс электрона (пи-мезон, ка-мезон и др.);
♦ барионы (греч. barys - тяжелый) - тяжелые частицы с массой более тысячи масс электрона (протоны, нейтроны и др.).
В зависимости от электрического заряда выделяют:
♦ частицы с отрицательным зарядом (например, электроны);
♦ частицы с положительным зарядом (например, протон, позитроны);
♦ частицы с нулевым зарядом (например, нейтрино).
Существуют частицы с дробным зарядом - кварки. С учетом типа фундаментального взаимодействия, в котором участвуют частицы, среди них выделяют:
♦ адроны (греч. adros - крупный, сильный), участвующие в электромагнитном, сильном и слабом взаимодействии;
♦ лептоны, участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействии;
♦ частицы - переносчики взаимодействий (фотоны - переносчики электромагнитного взаимодействия; гравитоны - переносчики гравитационного взаимодействия; глюоны - переносчики сильного взаимодействия; промежуточные векторные бозоны - переносчики слабого взаимодействия).
По времени жизни частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные. Большинство элементарных частиц нестабильно, время их жизни - 10 -10 -10 -24 с. Стабильные частицы не распадаются длительное время. Они могут существовать от бесконечности до 10 -10 с. Стабильными частицами считаются фотон, нейтрино, протон и электрон. Квазистабильные частицы распадаются в результате электромагнитного и слабого взаимодействия, иначе их называют резонансами. Время их жизни составляет 10 -24 -10 -26 с.
Взаимодействие - основная причина движения материи, поэтому взаимодействие присуще всем материальным объектам независимо от их природного происхождения и системной организации. Особенности различных взаимодействий определяют условия существования и специфику свойств материальных объектов. Всего известно четыре вида взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.
Гравитационное взаимодействие первым из известных фундаментальных взаимодействий стало предметом исследования ученых. Оно проявляется во взаимном притяжении любых материальных объектов, имеющих массу, передается посредством гравитационного поля и определяется законом всемирного тяготения, который был сформулирован И. Ньютоном
Закон всемирного тяготения описывает падение материальных тел в поле Земли, движение планет Солнечной системы, звезд и т. п. По мере увеличения массы вещества гравитационные взаимодействия возрастают. Гравитационное взаимодействие - наиболее слабое из всех известных современной науке взаимодействий. Тем не менее гравитационные взаимодействия определяют строение всей Вселенной: образование всех космических систем; существование планет, звезд и галактик. Важная роль гравитационного взаимодействия определяется его универсальностью: все тела, частицы и поля участвуют в нем.
Переносчиками гравитационного взаимодействия являются гравитоны - кванты гравитационного поля.
Электромагнитное взаимодействие также является универсальным и существует между любыми телами в микро-, макро- и мегамире. Электромагнитное взаимодействие обусловлено электрическими зарядами и передается с помощью электрического и магнитного полей. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное - при движении электрических зарядов. Электромагнитное взаимодействие описывается: законом Кулона, законом Ампера и др. и в обобщенном виде - электромагнитной теорией Максвелла, связывающей электрическое и магнитное поля. Благодаря электромагнитному взаимодействию возникают атомы, молекулы и происходят химические реакции. Химические реакции представляют собой проявление электромагнитных взаимодействий и являются результатами перераспределения связей между атомами в молекулах, а также количества и состава атомов в молекулах разных веществ. Различные агрегатные состояния вещества, силы упругости, трения и т. д. определяются электромагнитным взаимодействием. Переносчиками электромагнитного взаимодействия являются фотоны - кванты электромагнитного поля с нулевой массой покоя.
Внутри атомного ядра проявляются сильные и слабые взаимодействия. Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре. Данное взаимодействие определяется ядерными силами, обладающими зарядовой независимостью, короткодействием, насыщением и другими свойствами. Сильное взаимодействие удерживает нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре и кварки внутри нуклонов и отвечает за стабильность атомных ядер. С помощью сильного взаимодействия ученые объяснили, почему протоны ядра атома не разлетаются под действием электромагнитных сил отталкивания. Сильное взаимодействие передается глюонами - частицами, «склеивающими» кварки, которые входят в состав протонов, нейтронов и других частиц.
Слабое взаимодействие также действует только в микромире. В этом взаимодействии участвуют все элементарные частицы, кроме фотона. Оно обусловливает большинство распадов элементарных частиц, поэтому его открытие произошло вслед за открытием радиоактивности. Первая теория слабого взаимодействия была создана в 1934 г. Э. Ферми и развита в 1950-е гг. М. Гелл-Маном, Р. Фейнманом и другими учеными. Переносчиками слабого взаимодействия принято считать частицы с массой в 100 раз больше массы протонов - промежуточные векторные бозоны.
Характеристики фундаментальных взаимодействий представлены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Характеристики фундаментальных взаимодействий
Из таблицы видно, что гравитационное взаимодействие гораздо слабее других взаимодействий. Радиус его действия неограничен. Оно не играет существенной роли в микропроцессах и в то же время является основным для объектов с большими массами. Электромагнитное взаимодействие сильнее гравитационного, хотя радиус его действия также неограничен. Сильное и слабое взаимодействия имеют очень ограниченный радиус действия.
Одна из важнейших задач современного естествознания - создание единой теории фундаментальных взаимодействий, объединяющей различные виды взаимодействия. Создание подобной теории означало бы также построение единой теории элементарных частиц.
В конце XX в. волновая теория не могла объяснить и описать тепловое излучение во всем диапазоне частот электромагнитных волн теплового диапазона. А то, что тепловое излучение, и в частности свет, является электромагнитными волнами, стало научным фактом. Дать точное описание теплового излучения удалось немецкому физику Максу Планку.
14 декабря 1900 г. Планк выступил на заседании Немецкого физического общества с докладом, в котором изложил свою гипотезу квантовой природы теплового излучения и новую формулу излучения (формула Планка). Этот день физики считают днем рождения новой физики - квантовой. Выдающийся французский математик и физик А. Пуанкаре писал: «Квантовая теория Планка есть, без всякого сомнения, самая большая и самая глубокая революция, которую натуральная философия претерпела со времен Ньютона».
Планк установил, что тепловое излучение (электромагнитная волна) испускается не сплошным потоком, а порциями (квантами). Энергия каждого кванта —
то есть пропорциональна частоте электромагнитной волны - v. Здесь h - постоянная Планка, равная 6,62 · 10 -34 Дж · с.
Совпадение расчетов Планка с опытными данными было полным. В 1919 г. М. Планку присвоили Нобелевскую премию.
На основе квантовых представлений А. Эйнштейн в 1905 г. разработал теорию фотоэффекта (Нобелевская премия 1922 г.), поставив науку перед фактом: свет обладает и волновыми и корпускулярными свойствами, он излучается, распространяется и поглощается квантами (порциями). Кванты света стали называть фотонами.
Французский ученый Луи де Бройль (1892-1987) в 1924 г. в докторской диссертации «Исследования по теории квантов» выдвинул смелую гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма, утверждая, что поскольку свет ведет себя в одних случаях как волна, а в других - как частица, то и материальные частицы (электроны и др.) в силу общности законов природы должны обладать волновыми свойствами. «В оптике, - писал он, - в течение столетия слишком пренебрегали корпускулярным способом рассмотрения по сравнению с волновым; не делалась ли в теории вещества обратная ошибка? Не думали ли мы слишком много о картине «частиц» и не пренебрегали ли чрезмерной картиной волн?» В то время гипотеза де Бройля выглядела безумной. Лишь в 1927 г., три года спустя, наука пережила огромное потрясение: физики К. Дэвиссон и Л. Джермер экспериментально подтвердили гипотезу де Бройля, получив дифракционную картину электронов.
Согласно квантовой теории света А. Эйнштейна, волновые характеристики фотонов света (частота колебаний v и длина волна л = c/v) связаны с корпускулярными характеристиками (энергией ε ф, релятивистской массой m ф и импульсом р ф) соотношениями:
По идее де Бройля, любая микрочастица, в том числе и с массой покоя ш 0 Ц 0, должна обладать не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Соответствующие частота v и длина волны л определяются при этом соотношениями, подобными эйнштейновским:
Отсюда длина волны де Бройля —
Таким образом, соотношения Эйнштейна, полученные им при построении теории фотонов в результате гипотезы, выдвинутой де Бройлем, приобрели универсальный характер и стали одинаково применимыми как для анализа корпускулярных свойств света, так и при исследовании волновых свойств всех микрочастиц.
А. Опыты Резерфорда
В 1911 г. Резерфорд провел исключительные по своему значению эксперименты, доказавшие существование ядра атома. Для исследования атома Резерфорд применил его зондирование (бомбардировку) с помощью α-частиц, которые возникают при распаде радия, полония и некоторых других элементов. Резерфордом и его сотрудниками еще в более ранних опытах в 1909 г. было установлено, что α-частицы обладают положительным зарядом, равным по модулю удвоенному заряду электрона q =+2e, и массой, совпадающей c массой атома гелия, то есть
m а = 6,62 · 10 -27 кг,
что примерно в 7300 раз больше массы электрона. Позже было установлено, что α-частицы представляют собой ядра атомов гелия. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов. Электроны вследствие своей малой массы не могут изменить траекторию α-частαицы. Их рассеяние (изменение направления движения) может вызвать только положительно заряженная часть атома. Таким образом, по рассеянию α-частиц можно определить характер распределения положительного заряда, а значит, и массы внутри атома.
Было известно, что α-частицы, излученные полонием, летят со скоростью 1,6-107 м/с. Полоний помещался внутрь свинцового футляра, вдоль которого высверлен узкий канал. Пучок α-частиц, пройдя канал и диафрагму, падал на фольгу. Золотую фольгу можно сделать исключительно тонкой - толщиной 4-10 -7 м (в 400 атомов золота; это число можно оценить, зная массу, плотность и молярную массу золота). После фольги α-частицы попадали на полупрозрачный экран, покрытый сульфидом цинка. Столкновение каждой частицы с экраном сопровождалось вспышкой света (сцинтилляцией), обусловленной флуресценцией, которая наблюдалась в микроскоп.
При хорошем вакууме внутри прибора (чтобы не было рассеяния частиц от молекул воздуха) в отсутствие фольги на экране возникал светлый кружок из сцинтилляций, вызываемых тонким пучком α-частиц. Когда на пути пучка помещалась фольга, то подавляющее большинство α-частиц все равно не отклонялось от своего первоначального направления, то есть проходило сквозь фольгу, как если бы она представляла собой пустое пространство. Однако имелись α-частицы, которые изменяли свой путь и даже отскакивали назад.
Марсден и Гейгер, ученики и сотрудники Резерфорда, насчитали более миллиона сцинтилляций и определили, что примерно одна из 2 тысяч α-частиц отклонялась на углы, большие 90°, а одна из 8 тысяч - на 180°. Объяснить этот результат на основе других моделей атома, в частности Томсона, было нельзя.
Расчеты показывают, что при распределении по всему атому положительный заряд (даже без учета электронов) не может создать достаточно интенсивное электрическое поле, способное отбросить α-части-цу назад. Напряженность электрического поля равномерно заряженного шара максимальна на поверхности шара и убывает до нуля по мере приближения к центру. Рассеяние α-частиц на большие углы происходит так, как если бы весь положительный заряд атома был сосредоточен в его ядре - области, занимающей весьма малый объем по сравнению со всем объемом атома.
Вероятность попадания α-частиц в ядро и их отклонение на большие углы очень мала, поэтому для большинства α-частиц фольги как бы не существовало.
Резерфорд теоретически рассмотрел задачу о рассеянии α-частиц в кулоновском электрическом поле ядра и получил формулу, позволяющую по плотности потока α-частиц, налетающих на ядро, и измеренному числу частиц, рассеянных под некоторым углом, определить число N элементарных положительных зарядов +е, содержащихся в ядре атомов данной рассеивающей фольги. Опыты показали, что число N равно порядковому номеру элемента в периодической системе Д. И. Менделеева, то есть N = Z (для золота Z = 79).
Таким образом, гипотеза Резерфорда о сосредоточении положительного заряда в ядре атома позволила установить физический смысл порядкового номера элемента в периодической системе элементов. В нейтральном атоме должно содержаться также Z электронов. Существенно, что число электронов в атоме, определенное различными методами, совпало с числом элементарных положительных зарядов в ядре. Это послужило проверкой справедливости ядерной модели атома.
Б. Ядерная модель атома Резерфорда
Обобщая результаты опытов по рассеянию α-частиц золотой фольгой, Резерфорд установил:
♦ атомы по своей природе в значительной мере прозрачны для α-частиц;
♦ отклонения α-частиц на большие углы возможны только в том случае, если внутри атома имеется очень сильное электрическое поле, создаваемое положительным зарядом, связанным с большой и сконцентрированной в очень малом объеме массой.
Для объяснения этих опытов Резерфорд предложил ядерную модель атома: в ядре атома (области с линейными размерами 10 -15 -10 -14 м) сосредоточены весь его положительный заряд и практически вся масса атома (99,9 %). Вокруг ядра в области с линейными размерами ~10 -10 м (размеры атома оценены в молекулярно-кинетической теории) движутся по замкнутым орбитам отрицательно заряженные электроны, масса которых составляет лишь 0,1 % массы ядра. Следовательно, электроны находятся от ядра на расстоянии от 10 000 до 100 000 поперечников ядра, то есть основную часть атома составляет пустое пространство.
Ядерная модель атомов Резерфорда напоминает солнечную систему: в центре системы находится «солнце» - ядро, а вокруг него по орбитам движутся «планеты» - электроны, поэтому данную модель называют планетарной. Электроны не падают на ядро потому, что электрические силы притяжения между ядром и электронами уравновешиваются центробежными силами, обусловленными вращением электронов вокруг ядра.
В 1914 г., через три года после создания планетарной модели атома, Резерфорд исследовал положительные заряды в ядре. Бомбардируя электронами атомы водорода, он обнаружил, что нейтральные атомы превратились в положительно заряженные частицы. Так как атом водорода имеет один электрон, Резерфорд решил, что ядро атома является частицей, несущей элементарный положительный заряд +е. Эту частицу он назвал протоном.
Планетарная модель хорошо согласуется с опытами по рассеиванию α-частиц, но она не может объяснить устойчивость атома. Рассмотрим, например, модель атома водорода, содержащего ядро-протон и один электрон, который движется со скоростью v вокруг ядра по круговой орбите радиуса r. Электрон должен по спирали падать на ядро, и частота его обращения вокруг ядра (следовательно, и частота излучаемых им электромагнитных волн) должна непрерывно изменяться, то есть атом неустойчив, и его электромагнитное излучение должно иметь непрерывный спектр.
В действительности оказывается, что:
а) атом устойчив;
б) атом излучает энергию лишь при определенных условиях;
в) излучение атома имеет линейчатый спектр, определяемый его строением.
Таким образом, применение классической электродинамики к планетарной модели атома привело к полному противоречию с экспериментальными фактами. Преодоление возникших трудностей потребовало создания качественно новой - квантовой - теории атома. Однако, несмотря на свою несостоятельность, планетарная модель и сейчас принята в качестве приближенной и упрощенной картины атома.
Датский физик Нильс Бор (1885-1962) в 1913 г. создал первую квантовую теорию атома, связав в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров водорода, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света.
В основу своей теории Бор положил три постулата, по поводу которых американский физик Л. Купер заметил: «Конечно, было несколько самонадеянно выдвигать предложения, противоречащие электродинамике Максвелла и механике Ньютона, но Бор был молод».
Первый постулат (постулат стационарных состояний): в атоме электроны могут двигаться только по определенным, так называемым разрешенным, или стационарным, круговым орбитам, на которых они, несмотря на наличие у них ускорения, не излучают электромагнитных волн (поэтому эти орбиты названы стационарными). Электрон на каждой стационарной орбите обладает определенной энергией E n .
Второй постулат (правило частот): атом излучает или поглощает квант электромагнитной энергии при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую:
hv = E 1 - E 2 ,
где E 1 и E 2 - энергия электрона соответственно до и после перехода.
При E 1 > E 2 происходит излучение кванта (переход атома из одного состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, то есть переход электрона с любой дальней на любую ближнюю от ядра орбиту); при E 1 < E 2 - поглощение кванта (переход атома в состояние с большей энергией, то есть переход электрона на более удаленную от ядра орбиту).
Будучи уверенным, что постоянная Планка должна играть основную роль в теории атома, Бор ввел третий постулат (правило квантования): на стационарных орбитах момент импульса электрона L n = m e υ n r n кратен величине = h/(2π), то есть
m e υ n r n = nh, n = 1, 2, 3, …,
где = 1,05 · 10 -34 Дж · с - постоянная Планка (величина h/(2π)) встречается столь часто, что для нее введено специальное обозначение («аш» с чертой; в данной работе «аш»- прямое); m е = 9,1 · 10 -31 кг - масса электрона; r п - радиус n-й стационарной орбиты; υ n - скорость электрона на этой орбите.
Уравнением движения микрочастицы в различных силовых полях является волновое уравнение Шредингера.
Для стационарных состояний уравнение Шредингера будет таким:
где Δ - оператор Лапласа
, m - масса частицы, h - постоянная Планка, E - полная энергия, U - потенциальная энергия.
Уравнение Шредингера является дифференциальным уравнением второго порядка и имеет решение, которое указывает на то, что в атоме водорода полная энергия должна иметь дискретный характер:
E 1 , E 2 , E 3…
Эта энергия находится на соответствующих уровнях n =1,2,3,…по формуле:
Самый нижний уровень E соответствует минимальной возможной энергии. Этот уровень называют основным, все остальные - возбужденными.
По мере роста главного квантового числа n энергетические уровни располагаются теснее, полная энергия уменьшается, и при n = ∞ она равна нулю. При E>0 электрон становится свободным, несвязанным с конкретным ядром, а атом - ионизированным.
Полное описание состояния электрона в атоме, помимо энергии, связано с четырьмя характеристиками, которые называются квантовыми числами. К ним относятся: главное квантовое число п, орбитальное квантовое число l, магнитное квантовое число m 1 , магнитное спиновое квантовое число m s .
Волновая φ-функция, описывающая движение электрона в атоме, представляет собой не одномерную, а пространственную волну, соответствующую трем степеням свободы электрона в пространстве, то есть волновая функция в пространстве характеризуется тремя системами. Каждая из них имеет свои квантовые числа: п, l, m l .
Каждой микрочастице, в том числе и электрону, также свойственно собственное внутреннее сложное движение. Это движение может характеризоваться четвертым квантовым числом m s . Поговорим об этом подробнее.
A. Главное квантовое число п, согласно формуле, определяет энергетические уровни электрона в атоме и может принимать значения п = 1, 2, 3…
Б. Орбитальное квантовое число /. Из решения уравнения Шредингера следует, что момент импульса электрона (его механический орбитальный момент) квантуется, то есть принимает дискретные значения, определяемые формулой
где L l - момент импульса электрона на орбите, l - орбитальное квантовое число, которое при заданном п принимает значение i = 0, 1, 2… (n - 1) и определяет момент импульса электрона в атоме.
B. Магнитное квантовое число m l . Из решения уравнения Шредингера следует также, что вектор L l (момент импульса электрона) ориентируется в пространстве под влиянием внешнего магнитного поля. При этом вектор развернется так, что его проекция на направление внешнего магнитного поля будет
L l z = hm l
где m l называется магнитным квантовым числом, которое может принимать значения m l = 0, ±1, ±2,±1, то есть всего (2l + 1) значений.
Учитывая сказанное, можно сделать заключение о том, что атом водорода может иметь одно и то же значение энергии, находясь в нескольких различных состояниях (n - одно и то же, а l и m l - разные).
При движении электрона в атоме электрон заметно проявляет волновые свойства. Поэтому квантовая электроника вообще отказывается от классических представлений об электронных орбитах. Речь идет об определении вероятного места нахождения электрона на орбите, то есть местонахождение электрона может быть представлено условным «облаком». Электрон при своем движении как бы «размазан» по всему объему этого «облака». Квантовые числа n и l характеризуют размер и форму электронного «облака», а квантовое число m l - ориентацию этого «облака» в пространстве.
В 1925 г. американские физики Уленбек и Гаудсмит доказали, что электрон также обладает собственным моментом импульса (спином), хотя мы не считаем электрон сложной микрочастицей. Позднее выяснилось, что спином обладают протоны, нейтроны, фотоны и другие элементарные частицы
Опыты Штерна, Герлаха и других физиков привели к необходимости характеризовать электрон (и микрочастицы вообще) добавочной внутренней степенью свободы. Отсюда для полного описания состояния электрона в атоме необходимо задавать четыре квантовых числа: главное - п, орбитальное - l, магнитное - m l , магнитное спиновое число - m s .
В квантовой физике установлено, что так называемая симметрия или асимметрия волновых функций определяется спином частицы. В зависимости от характера симметрии частиц все элементарные частицы и построенные из них атомы и молекулы делятся на два класса. Частицы с полуцелым спином (например, электроны, протоны, нейтроны) описываются асимметричными волновыми функциями и подчиняются статистике Ферми—Дирака. Эти частицы называются фермионами. Частицы с целочисленным спином, в том числе и с нулевым, такие как фотон (Ls =1) или л-мезон (Ls = 0), описываются симметричными волновыми функциями и подчиняются статистике Бозе- Эйнштейна. Эти частицы называются бозонами. Сложные частицы (например, атомные ядра), составленные из нечетного числа фермионов, также являются фермионами (суммарный спин - полуцелый), а составленные из четного - бозонами (суммарный спин - целочисленный).
В многоэлектронном атоме, заряд которого равен Ze, электроны будут занимать различные «орбиты» (оболочки). При движении вокруг ядра Z-электроны располагаются в соответствии с квантово-механическим законом, который называется принципом Паули (1925 г.). Он формулируется так:
> 1. В любом атоме не может быть двух одинаковых электронов, определяемых набором четырех квантовых чисел: главного n, орбитального /, магнитного m и магнитного спинового m s .
> 2. В состояниях с определенным значением могут находиться в атоме не более 2n 2 электронов.
Значит, на первой оболочке («орбите») могут находиться только 2 электрона, на второй - 8, на третьей - 18 и т. д.
Таким образом, совокупность электронов в многоэлектронном атоме, имеющих одно и то же главное квантовое число n, называют электронной оболочкой. В каждой из оболочек электроны располагаются по подоболочкам, которые соответствуют определенному значению /. Так как орбитальное квантовое число l принимает значения от 0 до (п - 1), число подоболочек равно порядковому номеру оболочки п. Количество электронов в подоболочке определяется магнитным квантовым числом m l и магнитным спиновым числом m s .
Принцип Паули сыграл выдающуюся роль в развитии современной физики. Так, например, удалось теоретически обосновать периодическую систему элементов Менделеева. Без принципа Паули невозможно было бы создать квантовые статистики и современную теорию твердых тел.
В 1869 г. Д. И. Менделеев открыл периодический закон изменения химических и физических свойств элементов в зависимости от их атомных масс. Д. И. Менделеев ввел понятие порядкового номера Z-элемента и, расположив химические элементы в порядке возрастания их номера, получил полную периодичность в изменении химических свойств элементов. Физический смысл порядкового номера Z-элемента в периодической системе был установлен в ядерной модели атома Резерфорда: Z совпадает с числом положительных элементарных зарядов в ядре (протонов) и, соответственно, с числом электронов в оболочках атомов.
Принцип Паули дает объяснение Периодической системы Д. И. Менделеева. Начнем с атома водорода, имеющего один электрон и один протон. Каждый последующий атом будем получать, увеличивая заряд ядра предыдущего атома на единицу (один протон) и добавляя один электрон, который мы будем помещать в доступное ему, согласно принципу Паули, состояние.
У атома водорода Z = 1 на оболочке 1 электрон. Этот электрон находится на первой оболочке (K-оболочка) и имеет состояние 1S, то есть у него n =1,а l =0(S-состояние), m = 0, m s = ±l/2 (ориентация его спина произвольна).
У атома гелия (Не) Z = 2, на оболочке 2 электрона, оба они располагаются на первой оболочке и имеют состояние 1S, но с антипараллельной ориентацией спинов. На атоме гелия заканчивается заполнение первой оболочки (K-оболочки), что соответствует завершению I периода Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. По принципу Паули, на первой оболочке больше 2 электронов разместить нельзя.
У атома лития (Li) Z = 3, на оболочках 3 электрона:2—на первой оболочке (К-оболочке)и1—на второй (L-оболочке). На первой оболочке электроны в состоянии 1S, а на второй - 2S. Литием начинается II периодтаблицы.
У атома бериллия (Be) Z = 4, на оболочках 4 электрона: 2 на первой оболочке в состоянии IS и 2 на второй в состоянии 2S.
У следующих шести элементов - от В (Z = 5) до Ne(Z = 10) - идет заполнение второй оболочки, при этом электроны находятся как в состоянии 2S, так и в состоянии 2р (у второй оболочки образуется 2 под-оболочки).
У атома натрия (Na) Z = 11. У него первая и вторая оболочки, согласно принципу Паули, полностью заполнены (2 электрона на первой и 8 электронов на второй оболочках). Поэтому одиннадцатый электрон располагается на третьей оболочке (М-оболочке), занимая наинизшее состояние 3S. Натрием открывается III период Периодической системы Д. И. Менделеева. Рассуждая подобным образом, можно построить всю таблицу.
Таким образом, периодичность в химических свойствах элементов объясняется повторяемостью в структуре внешних оболочек у атомов родственных элементов. Так, инертные газы имеют одинаковые внешние оболочки из 8 электронов.
Ядра всех атомов можно разделить на два больших класса: стабильные и радиоактивные. Последние самопроизвольно распадаются, превращаясь в ядра других элементов. Ядерные преобразования могут происходить и со стабильными ядрами при их взаимодействии друг с другом и с различными микрочастицами.
Любое ядро заряжено положительно, и величина заряда определяется количеством протонов в ядре Z (зарядовое число). Количество протонов и нейтронов в ядре определяет массовое число ядра A. Символически ядро записывается так:
где X - символ химического элемента. Ядра с одинаковыми зарядовым числом Z и разными массовыми числами A называются изотопами. Например, уран в природе встречается в основном в виде двух изотопов
Изотопы обладают одинаковыми химическими свойствами и разными физическими. Например, изотоп урана 2 3 5 92 U хорошо взаимодействуют с нейтроном 1 0 n любых энергий и может разделиться на два более легких ядра. В то же время изотоп урана 238 92 U делится только при взаимодействии с нейтронами высоких энергий, более 1 мегаэлектроновольта (МэВ) (1 МэВ = 1,6 · 10 -13 Дж). Ядра с одинаковыми A и разными Z называются изобарами.
В то время как заряд ядра равен сумме зарядов входящих в него протонов, масса ядра не равна сумме масс отдельных свободных протонов и нейтронов (нуклонов), она несколько меньше ее. Это объясняется тем, что для связи нуклонов в ядре (для организации сильного взаимодействия) требуется энергия связи E. Каждый нуклон (и протон и нейтрон), попадая в ядро, образно говоря, выделяет часть своей массы для формирования внутриядерного сильного взаимодействия, которое «склеивает» нуклоны в ядре. При этом, согласно теории относительности (см. главу 3), между энергией E и массой m существует соотношение E = mc 2 ,где с - скорость света в вакууме. Так что формирование энергии связи нуклонов в ядре E св приводит к уменьшению массы ядра на так называемый дефект массы Δm = E св · c 2 . Эти представления подтверждены многочисленными экспериментами. Построив зависимость энергии связи на один нуклон E св / A = ε от числа нуклонов в ядре A, мы сразу увидим нелинейный характер этой зависимости. Удельная энергия связи ε с ростом A сначала круто возрастает (у легких ядер), затем характеристика приближается к горизонтальной (у средних ядер), а далее медленно снижается (у тяжелых ядер). У урана ε ≈ 7,5 МэВ, а у средних ядер ε ≈ 8,5 МэВ. Средние ядра наиболее устойчивы, у них большая энергия связи. Отсюда открывается возможность получения энергии при делении тяжелого ядра на два более легких (средних). Такая ядерная реакция деления может осуществиться при бомбардировке ядра урана свободным нейтроном. Например, 2 3 5 92 U делится на два новых ядра: рубидий 37 -94 Rb и цезий 140 55 Cs (один из вариантов деления урана). Реакция деления тяжелого ядра замечательна тем, что помимо новых более легких ядер появляются два новых свободных нейтрона, которые называют вторичными. При этом на каждый акт деления приходится 200 МэВ выделяющейся энергии. Она выделяется в виде кинетической энергии всех продуктов деления и далее может быть использована, например, для нагревания воды или другого теплоносителя. Вторичные нейтроны в свою очередь могут вызвать деление других ядер урана. Образуется цепная реакция, в результате которой в размножающей среде может выделиться огромная энергия. Этот способ получения энергии широко используется в ядерных боеприпасах и управляемых ядерных энергетических установках на электростанциях и на транспортных объектах с атомной энергетикой.
Помимо указанного способа получения атомной (ядерной) энергии есть и другой - слияние двух легких ядер в более тяжелое ядро. Процесс объединения легких ядер может происходить лишь при сближении исходных ядер на расстояние, где уже действуют ядерные силы (сильное взаимодействие), то есть ~ 10 - 15 м. Этого можно достигнуть при сверхвысоких температурах порядка 1 000 000 °C. Такие процессы называют термоядерными реакциями.
Термоядерные реакции в природе идут на звездах и, конечно, на Солнце. В условиях Земли они происходят при взрывах водородных бомб (термоядерное оружие), запалом для которых служит обычная атомная бомба, создающая условия для формирования сверхвысоких температур. Управляемый термоядерный синтез пока имеет только научно-исследовательскую направленность. Промышленных установок нет, однако работы в этом направлении ведутся во всех развитых странах, в том числе и в России.
Радиоактивностью называется самопроизвольное преобразование одних ядер в другие.
Спонтанный распад изотопов ядер в условиях природной среды называют естественной, а в условиях лабораторий в результате деятельности человека - искусственной радиоактивностью.
Естественную радиоактивность открыл французский физик Анри Беккерель в 1896 г. Это открытие вызвало революцию в естествознании вообще и в физике в частности. Классическая физика XIX в. с ее убежденностью в неделимости атома ушла в прошлое, уступив место новым теориям.
Открытие и исследование явления радиоактивности связано также с именами Марии и Пьера Кюри. Этим исследователям в 1903 г. была присуждена Нобелевская премия по физике.
Искусственная радиоактивность открыта и исследована супругами Ирен и Фредериком Жолио-Кюри, которые в 1935 г. также получили Нобелевскую премию.
Необходимо отметить, что принципиального различия между этими двумя типами радиоактивности нет.
Для каждого радиоактивного элемента установлены количественные оценки. Так, вероятность распада одного атома в одну секунду характеризуется постоянной распада данного элемента л, а время, за которое распадается половина радиоактивного образца, называется периодом полураспада Г 05 .
Со временем число нераспавшихся ядер N убывает по экспоненциальному закону:
N = N 0 e -λt ,
где N 0 - число нераспавшихся ядер в момент времени t = t 0 (то есть начальное число атомов), N - текущее значение числа нераспавшихся
Этот закон называется элементарным законом радиоактивного распада. Из него можно получить формулу для периода полураспада:
Число радиоактивных распадов в образце за одну секунду называют активностью радиоактивного препарата. Чаще всего активность обозначают буквой A тогда по определению:
где знак «-» означает убывание N во времени.
Единица активности в системе СИ - Беккерель (Бк): 1 Бк=1распад/1с. Часто на практике используется внесистемная единица - Кюри (Ки), 1 Ки = 3,7 · 10 10 Бк.
Можно показать, что активность уменьшается во времени также по экспоненциальному закону:
A = A 0 e -λt .
1. Что такое материя? Какие виды материи различают в современном представлении?
2. Объясните понятие «элементарные частицы». Назовите важнейшие характеристики элементарных частиц. Как классифицируются элементарные частицы?
3. Сколько видов взаимодействия вам известно? Назовите их основные черты.
4. Что такое античастицы?
5. В чем заключается специфика изучения микромира по сравнению с изучением мега- и макромира?
6. Охарактеризуйте кратко историю развития представлений о строении атома.
7. Сформулируйте постулаты Н. Бора. Можно ли с помощью теории Н. Бора объяснить структуру атомов всех элементов таблицы Д. И. Менделеева?
8. Кто и когда создал теорию электромагнитного поля?
9. Что такое радиоактивность?
10. Назовите основные виды радиоактивного распада.
1) Вещество – это физический вид материи, состоящий из частиц, которые имеют собственную массу (массу покоя)
2) Поле – материальное образование, которое связывает тела между собой и передает действие от тела к телу (электромагнитное, гравитационное, внутриядерное поля) Фотон не имеет массы покоя, ведь свет не покоится.
3) Антивещество – в-во, состоящее из античастиц. Структура антивещества: ядра атомов этого вида физической реальности должны существовать из антипротонов и антинейтронов, а оболочка из позитронов.
Окружающий нас материальный мир можно разделить, во-первых, на микромир, макромир и мегамир , каждый из которых, в свою очередь, включает в себя различные уровни организации материального бытия:
- в неживой природе : 1)субмикроэлементарный уровень (кварки), 2) элементарный (электроны), 3) ядерный (ядро атома), 4)атомный, 5)молекулярный, 6)макроскопический, 7) планетарный, 8) космический.
- в живой природе : 1) биологические макромолекулы, 2)клеточный, 3) микроорганизменный, 4) уровень органов и тканей, 5) уровень организма, 6) популяционный, 7) биоценозный, 8) биосферный.
- в социальный: 1) человек (индивид), 2)семья, 3) коллективы, 4) социальные группы, 5)национальности, 6) этносы, 7) государства
Каждый из структурных уровней (и подуровней) материи возникает и существует на основе предыдущих, однако не сводится к ним как простая сумма элементов, поскольку обладает новыми качествами и подчиняется в своем функционировании и развитии иным закономерностям.
Движение – понятие, охватывающее в самом общем виде всякое изменение, превращение. Все существующее находится в постоянном стремлении к изменению, другому состоянию, но изменяется только то, что имеет относительную устойчивость и находится в относительном покое. Но без определенной степени устойчивости в мире ничего бы не существовало. Покой - понятие относительное, а движение - абсолютно. Но, движение обладает и свойствами относительности, т.к. изменения одного объекта можно зафиксировать лишь относительно другого объекта.
Еще в античности были 2 концепции:
1) Зенон - отрицание движения. Апории Зенона. Доказывал невозможность мыслить движение.
2) Гераклит – «Все течет!» все постоянно переходит из одного состояния в другое.
Энгельс предложил формы движения:
Механическое
Физическое
Химическое
Биологическое
Социальное
Типы движения материи:
1) Механическое (без изменения качества)
2) С изменением качества . Направленность бывает 3х видов:
Прогрессивное (от низшего к высшему)
Регрессивное (от высшего к низшему)
Горизонтальное (явление идиодаптации в биологии, изменения зависят от условий существования и не сопровождаются общим повышением организации и уровня жизнедеятельности. Н-р таблица менделеева, где изменения развертываются на одном горизонтальном структурном уровне организации материи)
Развитие подчинено ряду законов:
Закон перехода из одного качества в другое на основе количественных изменений
Закон единства и борьбы противоположностей
Закон отрицания отрицания
Как бы ни изменялся предмет, пока он существует, он сохраняет свою определенность. Река не перестает быть рекой из-за того, что она течет: бытие реки и заключается в ее течении. Обрести абсолютный покой значит перестать существовать. Все относительно покоящееся неизбежно причастно к какому либо движению. Покой всегда имеет только видимый и относительный характер. Тела могут покоиться только по отношению к какой-либо системе отсчета, условно принятой за неподвижную (Н-р мы неподвижны относит-но здания, Земли, но движемся по отношению к Солнцу)
Частные св-ва пространства:
-трехмерность (любые пространственные отношения можно описать тремя измерениями – длина, ширина, высота)
-обратимость (можно вернуться на то же место)
-протяженность
-изотропность (равноправность всех возможных направлений)
Частные св-ва времени:
-одномерность (достаточно одной координаты: минута, час, секунда)
-однонаправленность (нельзя вернуться в прошлое)
Общие св-ва пространства и времени:
Объективность (независимость от нашего сознания)
Бесконечность (во вселенной нет такого места, где бы отсутствовали пространство и время)
Абсолютность (т.е. бытие вне пространства такая же бессмыслица, как и бытие вне времени)
Относительность (т.е. представления человека о пространстве и времени относительны)
Единство непрерывности (отсутствие пустого пространства)
Единство прерывности (раздельное существование материальных объектов)
Виды пространства и времени:
-Реальное (объективные формы существования пр-ва и времени)
-Перцептуальное (субъективное восприятие человеком реального пространства и времени)
-Концептуальное (теоретическое моделирование пространства и времени)
Концепции происхождения пространства и времени:
1) Субстанциональная (Демокрит, Платон, Ньютон)
Пространство и время рассматриваются как абсолютные, наряду с материей в ранге субстанций. Существуют самостоятельно, независимо от материальных объектов и рассматриваются как чистая протяженность и чистая длительность.
2) Реляционная (Аристотель, Лейбниц, а в наше время Энштейн, Лобачевский)
Пространство и время это особое отнощение между объектами и самостоятельно и отдельно от них не существующие. Т.е. если для Ньютона доска занимает какое-то положение, то для Лейбница пространство и есть соотношение доски с окружающими ее предметами.
Из теории относительности следовали два важных в философском отношении вывода: во-первых, при скоростях, близких к скорости света, длины тел сокращаются примерно в два раза; во-вторых, темп течения процессов времени замедляется при скорости, близкой к световой, примерно в 40 раз. Теория относительности показала зависимость пространства (протяженности тел) и времени (темпа длительности протекания процессов) от скорости движущихся тел.
Материя (лат. materia) – вещество, субстанция, то, из чего состоит материальный мир.
Представление о материи развивалось с самого начала формирования философской и естественнонаучной мысли. В развитии представления о материи немалый вклад внесли древнегреческие философы-материалисты. В качестве материальной первоосновы (архэ ) в Древней Греции принимали различные состояния вещества. Так Фалес (из Милета) за материальную первооснову принимал воду , Анаксимандр – апейрон , Анаксимен – воздух , Гераклит – огонь , Демокрит – атомы и пустоту . Эти наивные положения древнегреческих материалистов можно считать первым шагом к формированию понятия материи. Вообще, само слово материя было введено Аристотелем. По-гречески материя – hyle – «дерево», в переводе Цицерона на латинский – материя.
В эпоху Возрождения первым философом, у которого понятие материя имеет новое содержание, является итальянец Бернардино Телезио (1509–1588). Он считал, что мир наполнен материей, которая является однородной; она вечна, никем не создана, а ее количество в мире неизменно. Джордано Бруно понимал материю как субстанцию всего, как некоторую первичную субстанцию, свойств, явлений. Он также тверждал, что материя однородна и вечна.
Французский философ-просветитель Поль Анри Гольбах дал такое определение материи: «Материя – это все то, что воздействует каким-нибудь образом на наши чувства».
Ломоносов : «Материя – это то, из чего состоит тело и от чего зависит его сущность. Она существует независимо от чувств и разума человека».
В целом, в классической философии было высказано много глубоких положений о свойствах материи, сохраняющих свое значение и в современном знании:
~ материя как всеобщая субстанциональная основа всех явлений.
~ вечность существования материи во времени и бесконечности в пространстве.
~ независимость её существования от человеческого сознания.
~ неразрывность материи и движения, представление о движении как атрибуте материи.
~ познаваемость материи.
Вместе с тем высказывались идеи о материи, которые позже были опровергнуты наукой: первичная материальная субстанция представлялась как качественно однородная и неизменная основа, изменяются только сами вещи (возникают и исчезают).
Диалектическое представление о материи, опираясь на достижения естествознания XIX века, было сформулированоК.Марксом иФ.Энгельсом . Они обосновали сущность философского понятия материи, дали характеристику многообразных видов и состояний материи. В работе «Анти-Дюринг» Энгельс сформулировал и обосновал важнейший тезис материализма о единстве мира: «Единство мира состоит в его материальности»; Энгельс разработал основы диалектико-материалистическое понимание пространства и времени, как основных форм существования материи.
Однако, специального определения понятия материи Маркс и Энгельс не дали. Это было сделано В.И.Лениным в работе «Материализм и эмпириокритицизм »: «Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них». В этом определении выражается всеобщее свойство всех вещей и явлений окружающего нас мира: существовать объективно, вне и независимо от сознания человека. «…Единственное «свойство» материи, – указал Ленин, – с признанием которого связан философский материализм, есть свойство быть объективной реальностью, существовать вне нашего сознания».
Наряду с понятием материи, важнейшей категорией в философии является категория «движение». В своем большинстве философы-материалисты отождествляли движение с механическим движением, т.е. с перемещением в пространстве неизменных материальных объектов. Были и такие философы, которые понимали движение шире, но ограничивали его конечным числом видов движения. Например, Аристотель понимал движение как изменение. Он выделил 4 вида движения:
1. Качественное изменение.
2. Количественное изменение.
3. Возникновение и уничтожение
4. Перемещение.
Ф.Бэкон насчитывал 19 видов движения.
Обобщая достижения естествознания середины XIX века, Ф.Энгельс в «Диалектике природы» дал такое понятие движения: «Движение, рассматриваемое в самом общем смысле, обнимает собой все происходящие во Вселенной изменения и процессы, начиная от простого перемещения и кончая мышлением» («Диалектика природы»). В таком понимании движение выступает как неотъемлемое свойство материи, т.е. как атрибут материи . Поэтому в работе «Анти-Дюринг» Энгельс формирует важнейшее положение материалистической философии: «Движение есть способ существования материи . Нигде и никогда не бывало и не может быть материи без движения». «Всякий покой, – говорит здесь же Энгельс, – всякое равновесие только относительны» Таким образом, Энгельс развивает идею неразрывности материи и движения : 1) Материя не может существовать без движения. 2) Движение не может существовать без материи.
Энгельс показал, что в природе существуют различные по качеству формы движенияматерии и каждая форма движения соответствует определенному виду материи. Он выделил 5 форм движения материи :
Все формы движения материи взаимосвязаны. В мире происходит непрерывный процесс взаимного превращения одних форм движения в другие. В процессе развития происходило образование на основе одних форм движений (более низших) – другие, более высоких форм движения. Так химические формы движения образуются на основе физических; на основе физических и химических формы движения формируется биологическая; на основе всех перечисленных выше форм движения происходит такое движение, как общественная жизнь. Каждая более высокая форма движения, качественно отличается по своим, особым законам.
Людвиг Фейербах в своем сочинении «Предварительные тезисы к реформе философии » (1842) сделал вывод о том, что «пространство и время составляют формы бытия всего сущего». Ф. Энгельс в работе «Анти-Дюринг» развил и обобщил материалистическую интерпретацию пространства и времени. Он формирует положение: «Основные формы всякого бытия суть пространство и время». Что же выражают категории пространства и времени?
Категорияпространства выражает сосуществование и определенность вещей друг от друга, их протяженность, порядок их расположения относительно друг от друга. Категория время характеризует последовательность развертывания материальных процессов, отдаленность друг от друга разных стадий этих процессов, их длительность, их развитие.
Пространство и время обладают определенными свойствами.
Пространство
1. Протяженность (основное свойство):
Все материальные объекты обладают определенной протяженностью, определенной пространственной структурой, определенным объемом.
Совершенно непротяженных, бесструктурных, безобъемных объектов мы не обнаруживаем в природе. Их нет.
Беспространственных объектов не существует.
2. Размерность :
Пространство трехмерно. Это означает, что для определения положения материальных точек в пространстве оказалось необходимым и достаточным заданием трех расстояний, численное значение которых называют координатами точки.
3. Однородность :
Означает, что одно и тоже событие при одинаковых начальных условиях протекают одинаковым образом в различных точках пространства.
Например: известный закон Архимеда. На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила равная весу жидкости вытесненное телом. Этот закон в Риме, Москве, Ставрополе и т.д. проявляется одинаково, при одинаковых условиях.
Время
1. Размерность
Время однородно. Это означает, что при наличии начала отсчета любой момент времени, может быть задан с помощью одного числа.
2. Однородность
Одно и тоже событие при одинаковых начальных условиях протекает одинаковым образом в различные периоды времени. Так, действие выталкивающий силы на тело погруженное в жидкость было открыто Архимедом в Древней Греции более 2,5 тыс. лет назад, а мы в XX веке наблюдаем тот же опыт, при тех же начальных условиях.
Большинство людей могут легко назвать три классических состояния материи: жидкое, твердое и газообразное. Те, кто хотя бы немного интересовался физикой, добавят к этому списку плазму. Но на самом деле сегодня учёные существенно расширили список возможных состояний материи. Сегодня их, как минимум, десять.
Аморфное твердое вещество находится на полпути между этими двумя состояниями материи. Во время процесса, известного как витрификация, жидкость охлаждается и его вязкость повышается до такой степени, что она больше не течет подобно жидкости, но ее молекулы остаются неупорядоченными и не образуют кристаллическую структуру, как у нормального твердого вещества. Наиболее распространенным примером аморфного твердого вещества является стекло.
Известны два основных типа вырожденного вещества: электронно-вырожденное вещество и нейтронно-вырожденное вещество. Электронно-вырожденная материя существует в основном в звездах типа белый карлик, при условии, если масса звезды меньше в 1,44 раза, чем масса нашего Солнца. Если звезда массивнее этого предела (известного как предел Чандрасекара), она просто сколлапсируется в нейтронную звезду или черную дыру. А в черной дыре вещество преобразуется в нейтронно-вырожденную форму. Свободные нейтроны (не связанные в атомном ядре), как правило, имеют период полураспада 10,3 минуты, а в ядре нейтронной звезды нейтроны существуют вне ядра, образуя нейтронно-вырожденное вещество.
Также вещество в данном состоянии имеет очень странные свойства. Сверхтекучая жидкость, помещенная в пробирку, начинает ползти вверх по бокам пробирки, казалось бы, нарушая законы гравитации и поверхностного натяжения. При это жидкий гелий удержать невероятно сложно, поскольку он просачивается через малейшие поры. К примеру, из стандартного термоса, он "загадочно исчезнет" буквально за считанные минуты.
Бозон - частица с целым значением спина, а несколько бозонов могут принимать одинаковое квантовое состояние. К бозонам относятся любые частицы с зарядом энергии (например, фотоны). В 1920-х годах Альберт Эйнштейн, основываясь на работах индийского физика Бозе, предположил существование новой формы материи, основу которой составляют бозоны, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю. (меньше миллионной доли градуса выше абсолютного нуля).
Конденсаты Бозе-Эйнштейна очень похожи на сверхтекучее вещество, но имеют свои собственные уникальные свойства. Самым шокирующим является то, что БЭК может замедлить скорость света от его нормальной скорости в 300 000 метров в секунду. В 1998 году Гарвардский исследователь Лене Хау смог замедлить свет до всего лишь 60 километров в час, выстреливая лучом лазера сквозь сигарообразный образец БЭК. В ходе более позднего эксперимента, команда Хау смогла полностью остановить свет в БЭК.
Подобное вещество исследователям удалось успешно создать только в 2015 году. Если их эксперименты подтвердятся другими лабораториями, то это может изменить мир, поскольку метал Яна-Теллера обладают свойствами как изолятора, так и сверхпроводника одновременно. В металле, который был назван в честь эффекта Яна-Теллера, давление может преобразовывать геометрическую форму молекул в новые электронные конфигурации. Проще говоря, получившееся вещество может легко менять свое состояние на проводник, изолятор, металл и магнитный материал. Свойства подобного материала изменяются в зависимости от расстояния между атомами в кристаллической решетке. Расстояние же меняют с помощью давления, но не обычного механического, а химического.
При попытках перевести вещество в новое состояние материи, ученые смотрят на структуру вещества, а также на его свойства. В 2003 году Сальваторе Торквато и Фрэнк Стиллинжер из Принстонского университета предложили новое состояние материи, названное неупорядоченной гипероднородностью. Что самое интересное, они открыли новое состояние вещества после внимательного изучения глаза цыпленка.
Оказалось, что клетки в сетчатке куриного глаза располагаются хаотично, но при этом равномерно. Вещество в подобном состоянии проявляет свойства жидкости и кристалла одновременно. Казалось бы, подобное возможно только в состоянии плазмы, но природа оказалась хитрее. Предполагается, что подобное открытие может помочь в разработке принципиально инновационных устройств для передачи света.
Еще в середине 90-х годов группа ученых заявила о возможности существования так называемых "квази-частиц", поскольку в ходе эксперимента электроны проходили между двумя полупроводниками. Это вызвало настоящий переполох, так как квазичастицы действовали так, как будто они имели дробный заряд, что считалось невозможным в физике. На основании этих данных команда предположила, что электрон не является фундаментальной частицей Вселенной, а также что существуют более фундаментальные частицы, которые люди еще не обнаружили. Их работа получила Нобелевскую премию, но позднее было обнаружено, что результаты были вызваны ошибкой в эксперименте.
Идея "квази-частиц" была опровергнута. Но некоторые исследователи не отказались от нее полностью. Вэнь Цзябао и Левин продолжили работу над "квази-частицами" и предположил существование нового состояния материи, известного как струнно-сетевая жидкость, основным свойством которой является квантовая запутанность. В своих работах, Вэнь Цзябао и Левин заявили, что космос заполнен струнными сетями запутанных субатомных частиц.
В течение этого периода времени Вселенная полностью состояла из горячей кварко-глюонной плазмы. Кварко-глюонная плазма− состояние материи, в которой высвобожденные цветные кварки и глюоны образуют непрерывную среду (хромоплазму), а также могут распространяться в ней как квазисвободные частицы. Возникает так называемая "цветопроводимость", которая аналогична электропроводимости, возникающей в обычной электронно-ионной плазме.
Одним из недавних открытий является стала в созвездии Лебедя.
