- •Естественно-научная и гуманитарная традиции понимания и объяснения мира.
- •Логика науки и закономерности ее развития.
- •6. Зарождение научных знаний
- •7. Зарождение науки.
- •Античная естественнонаучная картина мира.
- •8.Естествознание Средневековья.
- •9.Научная революция Нового времени.
- •11.Н.Кеплер и законы небесной механики.
- •13.Механистическая картина мира.
- •14.Развитие концепций пространства и времени.
- •15.Пространство-время и законы сохранения.
- •16.Классическая термодинамика. Понятие энтропии.
- •17.Первое, второе и третье начало термодинамики.
- •18.Молекулярно-кинетические законы и представления.
- •19.Электромагнетизм. Корпускулярная и волновая традиции объяснения природы излучения.
- •20.Концепция относительности пространства-времени.
- •25.Концепция квантовой механики. Волновая функция.
- •26.Фундаментальные принципы квантовой механики.
- •27.Развитие концепции неопределенности.
- •28.Строение атомного ядра.
- •29.Элементарные частицы.
- •30.Классификация элементарных частиц.
- •31.Кварковая модель адронов.
- •32.Вещество и антивещество.
- •33.Расширяющаяся Вселенная.
- •34.Концепция «Большого взрыва».
- •35.Структурная организация Вселенной.
- •36.Нуклеосинтез.
- •38.Эволюция звезд.
- •40.Структура Метагалактики.
- •41.Эволюция Солнечной системы.
- •42.Систематизация химических элементов. Периодический закон Менделеева.
- •43.Многообразие химических соединений.
- •44.Управление химическими процессами.
- •45.Явление биокатализа и развитие эволюционной химии.
- •46.Особая роль органогенов в биохимической эволюции.
- •47.Самоорганизация химических систем.
- •48.Концепции возникновения живой материи и эволюции живых систем.
- •49.Развитие биологических знаний.
- •50. Феномен живой материи.
- •51.Уровни организации живой материи.
- •52.Механизм биологической наследственности.
- •53.Образование органических веществ и зарождение клетки.
- •54.Альтернативные гипотезы возникновения жизни.
- •55. Принцип биологической эволюции.
- •56.Теория биологической эволюции: современный взгляд.
- •57.Концепция биосферы. Понятие ноосферы.
- •58.Взаимосвязь живой и неживой природы.
- •59.Антропогенное воздействие на биосферу.
- •60.Нарастание кризисной ситуации в биосфере.
27.Развитие концепции неопределенности.
28.Строение атомного ядра.
Ко времени открытия Э. Резерфордом атомного ядра были известны только две элементарные частицы микромира – протон и электрон. Предполагалось, что именно из них и состоит атом, причем его ядро составляют протоны. Однако протонно-электронная гипотеза столкнулась с серьезными трудностями, поскольку привела к несоответствию с экспериментальными данными относительно величины спина ядра азота (так называемая «азотная катастрофа»). После открытия английским физиком Джеймсом Чедвиком нейтрона в 1932 г. сразу же была выдвинута идея о том, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов (Д. И. Иваненко), которая была развита В. Гейзенбергом. Вскоре гипотеза о протонно-нейтронном строении ядра получило экспериментальное подтверждение. Начало бурно развиваться новое направление – ядерная физика.
В современной ядерной физике протон (p) и нейтрон (n) объединены одним названием – нуклон (N). Общее количество нуклонов в ядре называется массовым числом (А), число протонов равно положительному заряду ядра (Z) в единицах абсолютной величины заряда электрона, соответственно число нейтронов N = A – Z. У ядер-изотопов одинаковые Z, но разные А и N, у ядер-изобар одинаковые А, но разные Z и N.
Нуклоны в ядре удерживаются ядерными силами, которые являются проявлением самого интенсивного из известных видов взаимодействия. В частности, ядерные силы, действующие между протонами ядра, на два порядка интенсивнее, чем силы электростатического взаимодействия (отталкивания) между ними.
Размеры ядер определяются количеством содержащихся в них нуклонов. Для многонуклонных ядер (А>10) средняя плотность (количество в единице объема) нуклонов практически одинакова. Следовательно, объем ядра пропорционален числу нуклонов А, а линейный размер соответственно пропорционален А1/3. Отсюда эффективный радиус ядра определяется формулой:
R = aA1/3,
где постоянная а имеет порядок радиуса действия ядерных сил (~10 – 13 см).
Атомное ядро характеризуется чрезвычайно высокой плотностью вещества – около 1014 г/см3 (для сравнения, плотность металлов не превышает 103 г/см3). При этом плотность практически постоянна в центральной части ядра и экспоненциально убывает к его периферии. Предельный размер ядра (количество нуклонов) лимитируется радиусом действия сильного взаимодействия (ядерных сил), далее электростатическое отталкивание, которое спадает медленнее, приводит к распаду ядер. Размер ядер имеет порядок 10–13см, что на пять порядков меньше размера атома.
Ядро атома, как типичная квантовая система, может находиться лишь в определенных дискретных квантовых состояниях, различающихся значениями энергии и другими постоянными физическими величинами. Наиболее важные квантовые характеристики ядерного состояния – спин и четность. Спин ядра (в единицах постоянной Планка) равен сумме спинов составляющих его нуклонов, поэтому он является целым числом для ядер с четным числом нуклонов А и полуцелым – для ядер с нечетным А. Четность состояния определяет изменение знака волновой функции ядра при зеркальном отражении (инверсии) пространства. Квантовое состояние системы имеет определенную четность Р = ±1, если эта система зеркально симметрична. В ядрах зеркальная симметрия незначительно, но нарушена из-за слабого взаимодействия между нуклонами, для которого характерно несохранение четности (см. ниже). Однако интенсивность слабого взаимодействия по порядку величины на ~1010 меньше основных ядерных сил. Поэтому смешивание состояний с разной четностью, обусловленное слабым взаимодействием, весьма мало и на структуре ядер практически не сказывается.