Их так много, может они на самом деле «один и тот же»?

В окружающем нас мире все отличается друг от друга – иногда сильно, иногда чуть-чуть, но в точности похожих вещей не попадается никогда. Поэтому мы наблюдаем и выбираем то, что нам больше нравится, что вызывает максимальное предвкушение или чувство красоты и т.д. Это, конечно, не касается тех 99.9999% людей, которые делают выбор, следуя мнениям мамы или жены или мужа или соседки, опасаясь их неодобрения и прочих форм негативного отношения. Поэтому несложно представить, как физик-экспериментатор размещает заказ: «мне, пожалуйста, десять протонов от атома водорода и семь – от атома кислорода». Но тем не менее таких заказов не бывает, и вот почему: ВСЕ протоны совершенно одинаковы, абсолютно тождественны и неотличимы друг от друга. То же относится и ко всем нейтронам, всем электронам и другим элементарным частицам, с которыми мы познакомимся позже.

И это, конечно, очень странно.

Пробуя найти понятный ответ на вопрос – почему же так происходит, что все они тождественны, физики прибегали, порой, к самым неожиданным гипотезам. Например, один из них предположил, что на самом деле существует только один единственный протон, единственный нейтрон и т.д. А все то, что мы видим как множество протонов – это лишь отражение их в некоем специальном «зеркале». Гипотеза, конечно, дикая, что и говорить. Однако физикам пришлось привыкать и к более диким идеям – о них позже. Тут вопрос не в том – дикая идея или нет. Внутриатомный мир настолько сильно отличается от нашего, крупномасштабного мира, что законы, управляющие микромиром, всегда будут казаться нам дикими, потому что им нет соответствия в том, что мы видим вокруг себя. Так что вопрос необходимо ставить иначе: удобна ли эта «зеркальная» модель? Позволяет ли она непротиворечиво объяснять наблюдаемые явления? Позволяет ли она предсказывать результаты еще не поставленных опытов? Насколько мне известно, эта модель такую проверку на целесообразность не прошла, и ей не пользуются.

Поскольку эти микрочастицы – протон, электрон и другие – имеют такое удивительное отличие от всех остальных частиц, которые нам известны, то может быть… это и не частицы? Может быть, это нечто совершенно особенное, что лишь иногда ведет себя как частицы, и поэтому нам удобно иногда рассматривать их как частицы? Может быть. Более того – так оно и есть, и дальше мы к этому подойдем.

Электронвольты и ангстремы.

Измерять длину в метрах, а массу в килограммах – крайне неудобно, когда мы занимаемся атомной физикой. В атомной физике и энергию принято измерять в особых единицах – в «электронвольтах». Сокращенно: «эВ». Один электронвольт – это энергия, которую приобретает электрон, проходя разность электрических потенциалов, равную 1 вольту. А можно сказать и так: один электронвольт равен энергии, которая необходима для переноса одного электрона в электрическом поле между точками с разницей потенциалов в один вольт. Я не думаю, что сейчас необходимо углубляться в определение того – что такое разница электрических потенциалов. Достаточно понять очень простую вещь: мы знаем, что натирание шерстью эбонитовой палочки приводит к появлению такой странной штуки, которую мы называем «электрическое поле». Сейчас конечно мы уже не трём палочки (хотя сами эти движения я делаю нередко), а получаем электрическое поле более эффективными способами. Если электрон, имеющий заряд, который мы по определению будем считать равным «-1», поместить в электрическое поле, то на него начнет действовать электрическая сила и он начнет двигаться, и на его перемещение тратится, само собой, энергия. И некоторую маленькую порцию этой энергии мы и назвали «электронвольтом». Когда мы дойдем до теории электричества и магнетизма, мы, конечно, подробно рассмотрим понятие «разность потенциалов».

Помнишь формулу, связывающую энергию и массу? Помнишь: E=mc², поэтому тебя не сильно удивит, что в микромире удобно измерять в электронвольтах не только энергию частицы, но и саму ее массу! Это сделать просто: сначала мы находим массу атома углерода-12 – измеряем ее в привычных нам величинах – в килограммах или граммах, делим ее на 12 и получаем, что 1 а.е.м. равна 1,66054×10^-24 грамма. Подставляем это значение в формулу, связывающую массу и энергию, то есть умножаем эту массу на скорость света в квадрате, и получаем результат: одна атомная единица массы равна 931,5 МэВ. Таким образом мы сумели выразить массу через энергию. (Буква «М» в аббревиатуре «МэВ» означает «мега», т.е. «миллион». Соответственно «КэВ» - это «килоэлектронвольт», т.е. 1000 эВ, а «ГэВ» - это «гигаэлектронвольт», т.е. миллиард эВ).

Итак: 1 а.е.м. = 931,5 МэВ

Ангстрем (обозначается символом «Å») (в русском языке произносится «а́нгстрэм») – это единица измерения длины, равная 10⁻¹⁰ метра, то есть одной десятой от одной миллиардной метра.

Вспомним, что:

«Миллиметр» («мм») – это одна тысячная доля метра.

«Микрометр» («мкм») – одна миллионная метра. Микрометр еще часто называют словом «микрон». Чтобы примерно представить себе – что такое «микрон», можно сказать, что диаметр эритроцита составляет 7 мкм, а толщина человеческого волоса – около 80 мкм.

«Нанометр» («нм») – одна миллиардная доля метра.

Так что: 1Å = 0,1 нм.

Ангстрем прижился в языке физиков, так как 10⁻¹⁰ метра – это как раз тот размер, который часто встречается в атомных вычислениях. Например, диаметр атома водорода можно теперь записать не как 0,000000000158 метра, а просто как 1.6 Å.

Вопрос между делом: а как такое может быть, что протоны в ядре атома спокойно уживаются вместе, а не разлетаются со свистом? Ведь они все заряжены одинаково, и значит – должны отталкиваться друг от друга? Аналогично – если электроны крутятся вокруг протонов, то почему они не падают на протоны с тем же самым свистом, ведь они должны притягиваться друг к другу со страшной силой?

Ответы будут позже.