Понятия, раскрывающие и дополняющие содержание

Абсолютно нейтральная частица (истинно нейтральная частица): элементарная частица (или микросистемный объект), тождественная своей античастице (например: фотон, нейтральный пи-мезон).

Аддитивность (от лат. additivus — прибавленный): имеет место тогда, когда свойства элементов (частей) не зависят от того, входят они или не входят в данную совокупность (в данное целое). Математическим выражением аддитивности служит обычная математическая операция сложения:

f(x₁ + x₂) = f(x₁) + f(x₂)

Противоположное понятие - неаддитивность.

Адиабатический (адиабатный) процесс (от греч. «непереходимый»): физическая система не отдает вовне и не получает извне теплоты. Существуют обратимые и необратимые адиабатические процессы. В первом случае энтропия системы остается постоянной, во втором – возрастает.

Ангстрем: внесистемная единица длины, равная 10^-10 м (или 0,1 нм). Обозначается Å. Наименована в честь шведского физика А.Й. Ангстрема, впервые предложившего ее в 1868 году.

Бозоны: элементарные частицы, имеющие нулевой или целочисленный спин. Такой характеристикой обладают фотоны* (спин 1), гипотетические гравитоны (спин 2), мезоны и некоторые другие частицы. Свое название бозоны получили в честь индийского физика Бозе; они подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна.

Валентность (от лат. valentia - сила): в физике и химии число, которое показывает, сколько атомов водорода может присоединить или заместить данный атом (или атомная группа). В общем случае характеризует способность атома химического элемента (или атомной группы) образовывать определенное число химических связей с другими атомами (или атомными группами). Также употребляются такие совпадающие по смыслу понятия, как степень окисления, координационное число.

Волна де Бройля: каждой микрочастице с энергией Е и импульсом р соответствует волна длиной λ = 2πh / p и частотой ω = Е / h . Установлено Луи де Бройлем в 1923 г.

Глюоны (от англ. glue - клей): гипотетические электрически нейтральные частицы, со спином 1 и нулевой массой покоя. Передают сверхсильное взаимодействие между кварками*. Согласно квантовой хромодинамике существует 8 условно "цветных" глюонов. В данном случае цвет - это определенная квантовая характеристика ("цветовой заряд"), которая определяет взаимодействия этих частиц и кварков. См. ФизЭнцСл .

Изомеры: химические соединения, которые имеют одинаковые массы и состав, но разное строение, а, следовательно, и разные свойства.

Изотопы: атомы, которые имеют равные заряды ядер (одинаковое число протонов), но отличаются массой (так как имеют разное число нейтронов). Хотя химические свойства (и место в периодической системе Менделеева) у изотопов совпадают, они могут отличаться физическими свойствами. Например, изотопы водорода - это дейтерий, ядро которого содержит один протон и один нейтрон, и тритий, ядро которого имеет на один нейтрон больше.

Квантовые числа: целые или дробные числа, выражающие возможные дискретные значения физических величин, которые описывают такие микросистемные объекты, как атомное ядро, атом, молекула, а также отдельные элементарные частицы.

Состояние атома выражают целые квантовые числа, которые обозначают расположение и форму электронных орбит. Первое из них фиксирует номер орбиты и определяет количество энергии, обладая которым электрон может ее занимать. Второе и третье задают определенную форму орбитальной волны, а также скорость и направление вероятностного вращения электрона.

Кварки: не наблюдаемые в свободном состоянии гипотетические фундаментальные частицы, из которых состоят все адроны. При этом барионы (протоны и нейтроны) содержат по три кварка, а короткоживущие мезоны включают кварк и антикварк. Косвенные эксперименты позволили различать 6 типов (ароматов) кварков - высший, верхний, нижний, странный, очарованный, красивый (u, d, s, c, b, t; это первые буквы слов up — верхний, down — нижний, strange — странный и т. д.) Также кварки называют парком (р), нарком (п) и ларком (Я).

Протон состоит из двух верхних (u) и одного нижнего (d) кварков. Их спины и заряды суммируются. Поэтому общий спин протона равен ½ (в единицах постоянной Планка ћ).

Каждый кварк имеет спин ¹/₂, барионный заряд ¹/₃, электрический заряд - ²/₃ и +¹/₃ заряда протона, а также специфическое квантовое число «цвет», имеющее одно из трех возможных значений.

Возможно, что кварки не могут устойчиво существовать вне внутреннего пространства адронов, т.к. его свойства отличны от свойств внешнего пространства.

Постулаты Нильса Бора: были сформулированы в 1913 г., еще до создания квантовой механики; первое время имели предположительный характер. Согласно Бору, орбиты электронов в атоме могут занимать не любые, а строго определенные энергетические уровни. Когда электроны движутся по таким стационарным орбитам, световая энергия не излучается. Она излучается (или поглощается) только при переходах электронов с одних орбит на другие. Испускаемая (поглощаемая) электроном световая энергия состоит из определенного числа "порций". Соответствующая частота:

ω = (Е_n - Е_m) / h , где Е_n и Е_m - возможные значения энергий для орбит n и m. Мигдал, с.161

При Е_n > Е_m излучается фотон, несущий соответствующую порцию энергии, в противоположном случае он поглощается.

Радиоактивное смещение: вещество, которое образуется в результате α-радиоактивного распада, "перемещается" в таблице Менделеева на две клетки левее (выше) того вещества, из которого произошло; вещество, которое образуется в результате β-радиоактивного распада, "перемещается" на одну клетку правее (ниже) того вещества, из которого произошло.

В первом случае ядро теряет два положительных заряда, и его атомный номер становится на две единицы меньше. Во втором случае, когда из ядра удаляется бета-частица (электрон), положительный ядерный заряд увеличивается на единицу¹. Корсунс., 73 .

Возможен еще вариант, когда ядро покидается позитроном: тогда происходит смещение исходного химического элемента на одну клеточку таблицы влево (вверх).

Радиоактивность (от лат. radio — испускаю лучи и activus — действенный). Протоны и нейтроны, добавляясь к тому или иному атомному ядру (начиная от самого легкого ядра водорода и кончая наиболее тяжелым ядром урана), могут нарушить устойчивость ядра. В результате оно начнет распадаться, освобождаясь от лишних микрочастиц. Образующееся излучение и называют радиоактивностью. Оно состоит как из микрочастиц, так и из электромагнитных волн. Существуют три типа радиоактивности: а) альфа-частицы (α-частицы) – атомные ядра гелия, состоящие из двух нейтронов и двух протонов; б) бета-частицы (β-частицы) - движущиеся с большими скоростями электроны; в) гамма лучи (γ-лучи) - проникающее (жесткое) электромагнитное излучение. В результате распада нестабильные ядра становятся стабильными.

Кроме описанного механизма радиоактивность также существует как результат спонтанного деления. Впервые оно было зафиксировано Г. Н. Флеровым¹ совместно с К. А. Петржаком, исследовавшими подобную редкую разновидность распада уранового ядра.

Для элементов более тяжелых, чем уран, спонтанная радиоактивность и деление ядер становятся доминирующими процессами.

Радиоактивность является одним из источников земного тепла. Радиоактивные элементы, которые входят в состав земной коры, выделяя тепло, восполняют его потери, связанные с оттоком в космическое пространство. Уитроу, с.28 .

За исследования радиоактивности и ее применений было присуждено более десятка Нобелевских премий по физике и химии. Впервые открыта А. Беккерелем в 1896 (он почти случайно обнаружил, что фотопластинки, которые лежали в темном шкафу рядом с урановым соединением, оказались засвеченными).

Радионуклиды: общее название радиоактивных атомов.

РАО (радиоактивные отходы): технологические продукты деятельности АЭС и ядерных установок, которые выводятся из реактора; могут быть чрезвычайно опасны как для здоровья человека, так и для нормального функционирования окружающей биосреды¹.

Химическая связь: характеризует взаимодействие двух атомов, реализуемое через обмен электронами. Обретая химическую связь, атомы образуют устойчивую восьмиэлектронную (или двухэлектронную) внешнюю оболочку, которая соответствует строению атома ближайшего инертного газа. Принято выделять такие типы химической связи: ковалентная (полярная и неполярная; обменная и донорно-акцепторная), ионная, водородная и металлическая.

Ионная связь осуществляется путем электростатического притяжения между ионами.

Осуществляется за счет электронной пары, принадлежащей обоим атомам. Различают обменный и донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи. Интернет Химия Популяр. учебник.

1 В этом же значении термин МЕЗО...

2 К. Н. Леонтьев (1831-1891), русский религиозный мыслитель.

1 Для просто и сложно организованных объектов информационные процессы не характерны в той степени, как для сверхсложно организованных объектов, и ими практически возможно пренебрегать. Для сверхсложно организованных объектов малое по энергии воздействие (но несущее существенную информацию), может иметь важнейшее значение для объекта. Более подробно см.: Тема 12.

2 К сожалению, зачастую не проводят четкого разграничения между материальными отношениями и взаимодействиями. Причина в том, что не учитывают степень взаимного влияния объектов друг на друга.

1 Представлениям о «полевой» природе взаимодействий, которые установились в современной науке, предшествовали: а) рассмотрение взаимодействий тел через непосредственный их контакт (доньютоновская наука); б) рассмотрение взаимодействий как дальнодействий* («ньютоновская» наука).

Конечно, это лишь основные тенденции, выступавшие в тот или иной период, которые уживались и с другими одновременно существовавшими подходами к взаимодействиям. Так, сам Ньютон, чья теория утвердила представления о мгновенном гравитационном дальнодействии, относился к этому вопросу достаточно осторожно. В его письме к Бентли мы читаем: «Я считаю нелепостью допущение, будто тело, находящееся на некотором расстоянии от другого тела, может действовать на него через пустое пространство без всякого посредства. Поэтому тяжесть должна вызываться каким-то действующим постоянно по определенным законам агентом».

Такой подход принято называть близкодействием*. Он явился перекидным мостиком от дальнодействия к «полевому» взаимодействию.

2 Барионы и мезоны объединяют под общим названием « адроны».

1 Существует странное совпадение: выше уже упоминалось, что возраст Вселенной больше «ядерного времени» тоже в 10⁴⁰ раз. Что это – простая случайность? Или «торчат рога» ещё не открытой закономерности?

1 «Физики продолжают шутить». М., «Мир», 1968. С.

2 Академик Г.И. Наан сравнивал исследователя микромира с лекарем при гареме султана. Лечить своих подопечных он имеет право только через посредников.

3 Отчасти ситуация напоминает те неудобства, которые возникают при знакомстве с человеком в мусульманской стране: если он называет свое имя полностью, вы рискуете ближе к концу забыть начало этого сверхдлинного имени…

1 Ландау Лев Давидович (1908-68): выдающийся российский физик-теоретик, основатель научной школы, академик АН СССР (1946), Герой Социалистического Труда (1954). Труды во многих областях физики: магнетизм; сверхтекучесть и сверхпроводимость; физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц, физика плазмы; квантовая электродинамика; астрофизика и др. Ленинская премия (1962), Государственная премия СССР (1946, 1949, 1953).

Ландау был членом многих зарубежных академий, лауреатом почетных премий, имел множество медалей. В 1962 Ландау получил Нобелевскую премию по физике «За пионерские исследования конденсированных сред, особенно жидкого гелия». Одна из «заповедей» Ландау гласит: «Жизнь слишком коротка, чтобы тратить ее на решение решенных задач». БЭКМ

2 Подыскивая для данных микрочастиц название подиковинней, один из их провозвестников лауреат Нобелевской премии 1969 г. М. Гелл-Ман вспомнил роман Д. Джойса "Поминки по Финнегану". В нем подобным образом "кваркают" чайки.

1 Античные философы считали это свойство атома самым важным. Как известно, в дальнейшем оно не подтвердилось.

1 Чтобы лучше представить соотношение частей атома, увеличим размеры атома углерода до футбольного поля. Тогда ядро будет как футбольный мяч, а электроны – как мухи, летающие над стадионом. Вес «мяча» в тысячи раз тяжелее всех электронов-«мух» вместе взятых. Сиборг, с.26 .

2 Джозеф Дж. Томсон (1856-1940), англ. физик, лауреат Нобелевской премии (1906). В течение 35 лет был директором знаменитой Кавендишской лаборатории в Кембридже, которую передал Резерфорду, выйдя в 1918 г. отставку. Посмертно Томсону была оказана особая честь: его похоронили в Вестминстерском аббатстве рядом с останками И. Ньютона.

Впервые открыл электрон (1897) и определил его заряд (1898). Томсон предложил одну из первых моделей атома: атом уподоблялся однородной положительно заряженной "капле", по которой перемещались крохотные шарообразные отрицательно заряженные электроны.

Однако, опыты лауреата Нобелевской премии Резерфорда (бомбардировка атома α-частицами) показали крайнюю неоднородность атома. Его строение скорее напоминало Солнечную систему: в центре располагалось положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена практически вся атомная масса, а на большом расстоянии от него вращались электроны. Но и эта модель оказалась хотя и более точной, но далеко не окончательной…

3 Первое научное определение химического элемента сформулировал еще английский химик и физик Роберт Бойль (1661), широко также известный в связи с установленным им газовым законом (закон Бойля — Мариотта).

1 Однако помимо расстояния существенно влиять на электромагнитные взаимодействия могут скорости (и ускорения) заряженных частиц.

1 Световая солнечная энергия используется гораздо эффективнее при применении фото- и термоэлементов со специальными катализаторами фотохимических процессов. Таким путем возможно превращать солнечную энергию в электрическую с коэффициентом полезного действия более 40%.

1 Макс Планк (1858-1947, Нобелевская премия 1918 г.), совершив это гениальное открытие (1900), заложил исходную основу квантовой теории. Множитель h, известный теперь как «постоянная Планка», он называл квантом действия и считал, что это либо фиктивная величина, лишенная смысла, либо же «вывод закона излучения опирается на некую физическую реальность, и тогда квант действия должен приобрести фундаментальное значение в физике и означает собой нечто совершенно новое и неслыханное, что должно произвести переворот в нашем физическом мышлении, основывавшемся со времен Лейбница и Ньютона, открывших дифференциальное исчисление, на гипотезе непрерывности всех причинных соотношений».

1 Всё это отчасти напоминает воображаемое свидание в микромире «микропарня» с неуловимой «микродевушкой»: чем точнее ему известно, когда эта встреча, тем неопределенней то, как она будет «выглядеть» (или наоборот).

2 Гейзенберг В. Квантовая теория и ее интерпретация // Нильс Бор. Жизнь и творчество. М., 1967. С. 18, 303-305.

1 Принцип дополнительности своеобразно проявляется и на других мировых уровнях, характеризуя ситуации, в которых соединено несоединимое (например, амбивалентные чувства в психологии).

2 Статистико-вероятностная связь - это не абсолютно произвольная связь, допускающая всё что угодно, а такая, которая, несмотря на свой вероятностный характер, является устойчивой.

1 Луи де Бройль (1892 - 1987): крупнейший французский физик, один из основоположников квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии в области физики 1929 г. Внес большой вклад в развитие практических приложений теоретической физики, связанных с ускорителями заряженных частиц, волноводами, атомной энергией и др. Уделял большое внимание философскому осмыслению проблем, которые возникают в новейших областях фундаментальной науки. См. также Волна де Бройля*.

2 В исследованиях непосредственно проявляют себя вещество и кванты поля. В отличие от них само поле наблюдаемо лишь опосредованно. О его наличии и характеристиках можно судить лишь косвенно, следя за поведением вещественных частиц (пробных тел). Пахомов. ы. Так как поле - это определенное взаимодействие, то существует типология полей по характеру взаимодействия - гравитационное, электромагнитное и т.д. Но так как каждому полю соответствуют определенные микрочастицы (кванты поля), то поля можно классифицировать по этим частицам - протонное, мезонное и т.д.

1 При аннигиляции 1 г вещества и антивещества выделяется 10 Дж энергии. Это эквивалентно взрыву атомной бомбы в 10 килотонн.

2 См. Вакуум физический* в Теме 5.

3 Бор (Bohr) Нильс (1885-1962), датский физик, один из создателей современной физики. Основатель (1920) и руководитель Института теоретической физики в Копенгагене (Институт Нильса Бора); создатель мировой научной школы; иностранный член АН СССР (1929). Создал теорию атома, в основу которой легли планетарная модель атома, квантовые представления и предложенные им постулаты. Важные работы по теории металлов, теории атомного ядра и ядерных реакций. Труды по философии естествознания. Активный участник борьбы против атомной угрозы. Нобелевская премия (1922).

Бор был почетным членом более 20 академий наук различных стран, лауреатом многих национальных и международных премий.

Во время последнего визита знаменитого ученого в Москву его представили собравшимся на встречу коллегам в такой полушутливой форме: "Многие полагают, что атом Бора - это атом бора. В действительности же атом Бора - это атом водорода".

1 Д. И. Менделеев (1834-1907). С его именем в истории науки связаны периодический закон и таблица элементов. Он предсказал существование таких элементов как галлий, скандий, германий. Кроме того, получили известность его работы по растворам, нефтехимии, технологии бездымного пороха, поверхностному натяжению и др. Завершив работу «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», разослал ее оттиски. Однако атомные веса нескольких элементов были определены недостаточно точно, и они попали на несвойственные им места (напр., уран). Нуждалось в дополнительной проработке понятие периодов.

В честь великого химика назван 101-й химический элемент (менделевий).

1 Важно понимать, что утрата атомом электрона оболочки не приводит к атомному превращению. В этом случае атом просто теряет свою зарядовую нейтральность и переходит в ион. Стать другим химическим элементом вещество может лишь тогда, когда электрон испускается ядром, в результате чего заряд его ядра меняется: Z → Z + 1 .

1 Г. Н. Флеров (1913 - 1990) – академик АН СССР (1968), лауреат трех Государственных и Ленинской премий. В 1940 г. экспериментально зафиксировал спонтанное деление тяжелых урановых ядер (совместно с К. А. Петржаком). Чтобы избежать влияния космических лучей измерения проводились под землей на глубине 32 м (московская станция метро «Динамо») в ночное время (на такой глубине интенсивность космических лучей почти в тысячу раз слабее, чем на поверхности).

Г. Н. Флеров принимал участие в разработке ядерного оружия. С 1957 г. до кончины возглавлял Лабораторию ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Разрабатывал синтез новых химических элементов (под его руководством синтезированы изотопы элементов 102-107 таблицы Менделеева). Изучал границы ядерной стабильности и новые типы радиоактивного распада. Заложил основы физики тяжелых ионов.

1 В Московском НПО "Радон" находится в эксплуатации 20 хранилищ, вмещающих по 5 тыс. куб. м переработанных РАО. Большинство хранилищ заполнено и находится на консервации. Общая активность захороненных РАО составляет около 1 млн. Ки. В год на Московском НПО "Радон" перерабатывается в среднем 3 тыс. куб. м твердых и 350 куб. м жидких РАО общей активностью 100-200 тыс. Ки. (Ядерная энциклопедия, М., 1996).