Mis on universumi väikseim osake. Mis on universumi väikseim osake

Vastus käimasolevale küsimusele: milline on universumi väikseim osake, on koos inimkonnaga arenenud.

Kunagi arvasid inimesed, et liivaterad on ehituskivid sellele, mida me enda ümber näeme. Seejärel aatom avastati ja seda peeti jagamatuks, kuni see lõhestati, et paljastada prootonid, neutronid ja elektronid. Need ei osutunud ka universumi väikseimateks osakesteks, sest teadlased avastasid, et prootonid ja neutronid koosnevad kumbki kolmest kvargist.

Siiani pole teadlastel õnnestunud näha ühtegi tõendit selle kohta, et kvarkide sees on midagi ja et universumi kõige fundamentaalsema ainekihi või väikseima osakeseni on jõutud.

Ja isegi kui kvargid ja elektronid on jagamatud, ei tea teadlased, kas need on kõige väiksemad mateeriatükid või sisaldab universum veelgi väiksemaid objekte.

Universumi väikseimad osakesed

Neid on erineva maitse ja suurusega, mõnel on hämmastav side, teised sisuliselt aurustavad üksteist, paljudel neist on fantastilised nimed: barüonid ja mesonid kvargid, neutronid ja prootonid, nukleonid, hüperonid, mesonid, barüonid, nukleonid, footonid jne. .d.

Higgsi boson on teadusele nii oluline osake, et seda nimetatakse "Jumala osakeseks". Arvatakse, et see määrab kõigi teiste massi. Elemendi teooria esitati esmakordselt 1964. aastal, kui teadlased mõtlesid, miks mõned osakesed on massiivsemad kui teised.

Higgsi bosonit seostatakse niinimetatud Higgsi väljaga, mis arvatavasti täidab universumi. Kaks elementi (Higgsi väljakvant ja Higgsi boson) vastutavad teistele massi andmise eest. Nimetatud Šoti teadlase Peter Higgsi järgi. 14. märtsil 2013 teatati ametlikult Higgsi bosoni olemasolu kinnitamisest.

Paljud teadlased väidavad, et Higgsi mehhanism on lahendanud puuduoleva pusletüki, et täiendada olemasolevat füüsika "standardmudelit", mis kirjeldab teadaolevaid osakesi.

Higgsi boson määras põhimõtteliselt kõige universumis eksisteeriva massi.

Kvargid

Kvargid (tõlkes hullud) on prootonite ja neutronite ehitusplokid. Nad ei ole kunagi üksi, eksisteerivad ainult rühmadena. Ilmselt suureneb kvarke omavahel siduv jõud kauguse kasvades, nii et mida kaugemal on, seda raskem on neid eraldada. Seetõttu ei eksisteeri looduses kunagi vabu kvarke.

Kvarkide põhiosakesed on struktuurita, täpilised umbes 10-16 cm suurune.

Näiteks prootonid ja neutronid koosnevad kolmest kvargist, prootonitel on kaks identset kvarki, neutronitel aga kaks erinevat kvarki.

Supersümmeetria

Teadaolevalt on aine põhilised "tellised" – fermionid – kvargid ja leptonid ning bosonite jõu hoidjad footonid, gluoonid. Supersümmeetriateooria ütleb, et fermionid ja bosonid võivad muutuda üksteiseks.

Ennustusteooria ütleb, et iga meile teadaoleva osakese kohta on sõsarosake, mida me pole veel avastanud. Näiteks elektroni jaoks on see selekron, kvargi jaoks on see squark, footoni jaoks on see fotono ja higgsi jaoks on see higgsino.

Miks me ei jälgi seda supersümmeetriat universumis praegu? Teadlased usuvad, et nad on palju raskemad kui nende tavalised nõod ja mida raskemad nad on, seda lühem on nende eluiga. Tegelikult hakkavad nad lagunema kohe, kui tekivad. Supersümmeetria loomine nõuab väga suur hulk energiat, mis eksisteeris alles vahetult pärast suurt pauku ja mida võidi luua suurtes kiirendites, nagu suur hadronite põrkur.

Selle kohta, miks sümmeetria tekkis, oletavad füüsikud, et sümmeetria võis olla katki mõnes universumi varjatud sektoris, mida me ei näe ega puuduta, kuid mida saame tunda ainult gravitatsiooniliselt.

Neutriino

Neutriinod on kerged subatomaarsed osakesed, mis vilistavad kõikjal valguse lähedasel kiirusel. Tegelikult voolavad igal hetkel läbi teie keha triljonid neutriinod, kuigi nad suhtlevad harva tavalise ainega.

Mõned neist pärinevad päikeselt, teised aga kosmilistest kiirtest, mis mõjutavad Maa atmosfääri ja astronoomilisi allikaid, nagu plahvatavad tähed. Linnutee ja teised kauged galaktikad.

Antiaine

Arvatakse, et kõigil normaalsetel osakestel on sama massiga, kuid vastupidise laenguga antiaine. Kui mateeria ja kohtuvad, hävitavad nad üksteist. Näiteks prootoni antiaineosake on antiprooton, elektroni antiainepartnerit aga positroniks. Antiaine on üks kalleimaid aineid maailmas, mida inimesed on suutnud tuvastada.

Gravitonid

Kvantmehaanika valdkonnas kanduvad kõik põhijõud edasi osakeste kaudu. Näiteks koosneb valgus massitutest osakestest, mida nimetatakse footoniteks ja mis kannavad elektromagnetilist jõudu. Samamoodi on graviton teoreetiline osake, mis kannab gravitatsioonijõudu. Teadlased pole veel avastanud gravitoneid, mida on raske leida, kuna need suhtlevad ainega nii nõrgalt.

Energia niidid

Katsetes toimivad väikesed osakesed, nagu kvargid ja elektronid, üksikute ainepunktidena, millel puudub ruumiline jaotus. Kuid punktobjektid raskendavad füüsikaseadusi. Kuna punktile ei saa lõpmatult lähedale jõuda, siis aktiivsed jõud, võib muutuda lõpmatult suureks.

Idee, mida nimetatakse superstringiteooriaks, võib selle probleemi lahendada. Teooria väidab, et kõik osakesed on selle asemel, et olla punktitaolised, tegelikult väikesed energiakiud. See tähendab, et kõik meie maailma objektid koosnevad vibreerivatest niitidest ja energiamembraanidest. Miski ei saa olla lõngale lõpmatult lähedal, sest üks osa on alati veidi lähemal kui teine. See "lünk" näib lahendavat mõned lõpmatuse probleemid, muutes selle idee füüsikutele atraktiivseks. Teadlastel pole aga siiani eksperimentaalseid tõendeid selle kohta, et stringiteooria on õige.

Teine viis punktiprobleemi lahendamiseks on öelda, et ruum ise ei ole pidev ja sujuv, vaid koosneb tegelikult diskreetsetest pikslitest või teradest, mida mõnikord nimetatakse ruumi-ajaliseks struktuuriks. Sel juhul ei saa kaks osakest lõputult teineteisele läheneda, sest neid peab alati eraldama ruumi minimaalne tera suurus.

musta augu punkt

Teine kandidaat universumi väikseima osakese tiitlile on singulaarsus (üks punkt) musta augu keskel. Mustad augud tekivad siis, kui aine kondenseerub piisavalt väikeses ruumis, et gravitatsioon sellest kinni haarab, põhjustades aine sissetõmbumise, mis lõpuks kondenseerub üheks lõpmatu tihedusega punktiks. Vähemalt praeguste füüsikaseaduste järgi.

Kuid enamik eksperte ei pea musti auke tõeliselt lõpmatult tihedaks. Nad usuvad, et see lõpmatus on tulemus sisemine konflikt kahe kehtiva teooria vahel üldine teooria relatiivsusteooria ja kvantmehaanika. Nad viitavad sellele, et kui kvantgravitatsiooni teooriat saab sõnastada, selgub mustade aukude tegelik olemus.

Planki pikkus

Energia niidid ja isegi väikseim osake universumis võivad olla "plangu pikkuse" suurused.

Riba pikkus on 1,6 x 10 -35 meetrit (arvule 16 eelneb 34 nulli ja koma) - arusaamatult väike skaala, mida seostatakse erinevate füüsikaaspektidega.

Plancki pikkus on "looduslik ühik" pikkuse mõõtmiseks, mille pakkus välja saksa füüsik Max Planck.

Plancki pikkus on ühegi instrumendi mõõtmiseks liiga väike, kuid väljaspool seda arvatakse, et see esindab lühima mõõdetava pikkuse teoreetilist piiri. Määramatuse printsiibi kohaselt ei tohiks ükski instrument kunagi olla võimeline mõõtma midagi vähemat kui see, sest selles vahemikus on universum tõenäosuslik ja ebakindel.

Seda skaalat peetakse ka eraldusjooneks üldrelatiivsusteooria ja kvantmehaanika vahel.

Plancki pikkus vastab kaugusele, kus gravitatsiooniväli on nii tugev, et võib hakata välja energiast musti auke tegema.

Ilmselt on praegu universumi väikseim osake umbes plangu pikkusega: 1,6 10–35 meetrit

järeldused

Koolipingist teati, et Universumi väikseimal osakesel elektronil on negatiivne laeng ja väga väike mass, mis võrdub 9,109 x 10 - 31 kg ning elektroni klassikaline raadius on 2,82 x 10 -15 m. .

Füüsikud töötavad aga juba universumi väikseimate osakestega, Plancki suurusega, mis on umbes 1,6 x 10 −35 meetrit.

Neutriino, universumi uskumatult pisike osake, on teadlaste tähelepanu köitnud juba ligi sajandi. Veel auhindu neutriinouuringute eest Nobeli preemiad kui muude osakeste kallal töötamiseks ja selle uurimiseks ehitatakse väikeriikide eelarvega suuri rajatisi. Venemaa Teaduste Akadeemia Tuumauuringute Instituudi vanemteadur, Moskva Füüsika ja Tehnoloogia Instituudi õppejõud ning Troitski nu-massi eksperimendis neutriino massi otsimiseks osaleja Aleksandr Nozik räägib, kuidas seda uurida, kuid mis kõige tähtsam, kuidas seda üldse tabada.

Varastatud energia müsteerium

Neutriinode uurimise ajalugu võib lugeda kui põnevat detektiivilugu. See osake pani teadlaste deduktiivseid võimeid proovile rohkem kui korra: kõiki mõistatusi ei suudetud kohe lahendada ja mõnda pole siiani lahendatud. Alustame avastamise ajaloost. radioaktiivsed lagunemised aastal hakati uurima mitmesuguseid liike XIX lõpus sajandil ja pole üllatav, et 1920. aastatel olid teadlaste arsenalis mitte ainult lagunemise enda registreerimiseks, vaid ka eraldunud osakeste energia mõõtmiseks, kuigi tänapäevaste standardite järgi mitte väga täpsed. Instrumentide täpsuse kasvades kasvas teadlaste rõõm ja hämmeldus, mis muu hulgas kaasnes beetalagunemisega, mille käigus radioaktiivsest tuumast lendab välja elektron ja tuum ise muudab oma laengut. Sellist lagunemist nimetatakse kaheosaliseks, kuna selles moodustub kaks osakest - uus tuum ja elektron. Iga keskkooliõpilane selgitab, et sellise lagunemise korral on võimalik täpselt määrata fragmentide energiat ja impulssi, kasutades säilivusseadusi ja teades nende fragmentide masse. Teisisõnu, näiteks elektroni energia on teatud elemendi tuuma igal lagunemisel alati sama. Praktikas täheldati hoopis teistsugust pilti. Elektronide energia mitte ainult ei olnud fikseeritud, vaid levis ka pidevaks spektriks nullini, mis tekitas teadlastes hämmingut. See võib juhtuda ainult siis, kui keegi varastab beeta-lagunemisest energiat. Kuid tundub, et pole kedagi, kes seda varastaks.

Aja jooksul muutusid instrumendid aina täpsemaks ja peagi kadus võimalus sellist anomaaliat seadmete vea arvele panna. Nii tekkis mõistatus. Selle lahendust otsides väljendasid teadlased erinevaid, tänapäevaste standardite järgi isegi täiesti absurdseid oletusi. Niels Bohr ise tegi näiteks tõsise avalduse, et looduskaitseseadused maailmas ei kehti elementaarosakesed. Päeva päästis Wolfgang Pauli 1930. aastal. Ta ei saanud Tübingeni füüsikakonverentsil osaleda ja kuna ta ei saanud kaugjuhtimisega osaleda, saatis ta kirja, mida palus lugeda. Siin on väljavõtted sellest:

„Kallid radioaktiivsed daamid ja härrad. Ma palun teil kõige sobivamal hetkel tähelepanelikult kuulata sõnumitooja, kes selle kirja kohale toimetas. Ta ütleb teile, et olen leidnud suurepärase vahendi jäävusseaduse ja õige statistika jaoks. See seisneb elektriliselt neutraalsete osakeste olemasolu võimalikkuses ... Β-spektri katkematus saab selgeks, kui eeldame, et Β-lagunemise ajal kiirgab iga elektroniga selline “neutron” välja ja summa "neutroni" ja elektroni energia on konstantne ... "

Kirja lõpus olid järgmised read:

"Ära võta riske, ära võida. Olukorra tõsidus pidevat Β-spektrit silmas pidades muutub eriti silmatorkavaks pärast prof. Debye, kes ütles mulle kahetsusega: "Oh, parem on mitte mõelda sellest kõigest ... kui uutest maksudest." Seetõttu tuleb iga päästetee üle tõsiselt arutada. Seega, kallid radioaktiivsed inimesed, pange see proovile ja mõistke hinnangut."

Hiljem väljendas Pauli ise kartust, et kuigi tema idee päästab mikrokosmose füüsika, ei avastata katseliselt kunagi uut osakest. Nad ütlevad, et ta isegi vaidles oma kolleegidega, et kui osake on olemas, ei ole võimalik seda nende elu jooksul tuvastada. Järgmise paari aasta jooksul lõi Enrico Fermi beeta-lagunemise teooria, mis hõlmas osakest, mida ta nimetas neutriinoks, ja mis sobis suurepäraselt katsega. Pärast seda ei tekkinud kellelgi kahtlust, et hüpoteetiline osake on tegelikult olemas. 1956. aastal, kaks aastat enne Pauli surma, avastas Frederick Reinesi ja Clyde Cowani rühm neutriino pöördvõrdelise beetalagunemise käigus (Reines sai selle eest Nobeli preemia).

Kadunud päikeseneutriinode juhtum

Niipea, kui sai selgeks, et neutriinosid, kuigi raskesti, saab siiski registreerida, hakkasid teadlased püüdma maavälist päritolu neutriinosid. Nende kõige ilmsem allikas on Päike. Selles toimuvad pidevalt tuumareaktsioonid ja võib välja arvutada, et läbi iga ruutsentimeetri maa pind sekundis läbib umbes 90 miljardit päikeseneutriinot.

Sel ajal oli kõige tõhusam päikeseneutriinode püüdmise meetod radiokeemiline meetod. Selle olemus on järgmine: päikeseneutriino saabub Maale, interakteerub tuumaga; selgub, ütleme, 37Ar tuum ja elektron (see on reaktsioon, mida kasutati Raymond Davise katses, mille eest ta hiljem Nobeli preemia pälvis). Pärast seda saab argooni aatomite arvu kokku lugedes öelda, mitu neutriinot detektori mahus kokkupuuteaja jooksul interakteeris. Praktikas pole asjad muidugi nii lihtsad. Tuleb mõista, et sadu tonne kaaluvas sihtmärgis on vaja loendada üksikuid argooni aatomeid. Masside suhe on ligikaudu sama, mis sipelga massi ja Maa massi vahel. Siis avastati, et ⅔ päikeseneutriinodest oli varastatud (mõõdetud voog osutus prognoositust kolm korda väiksemaks).

Muidugi langes kahtlus eelkõige Päikesele endale. Lõppude lõpuks saame tema siseelu hinnata ainult kaudsete märkide järgi. Pole teada, kuidas sellel neutriinod sünnivad, ja on isegi võimalik, et kõik Päikese mudelid on valed. Arutati päris palju erinevaid hüpoteese, kuid lõpuks hakkasid teadlased kalduma mõttele, et oluline pole mitte Päike, vaid neutriinode endi kavalus.

Väike ajalooline kõrvalepõige: neutriinode eksperimentaalse avastamise ja päikeseneutriinode uurimise katsete vahelisel perioodil tehti veel mitmeid huvitavaid avastusi. Esiteks avastati antineutriinod ja tõestati, et neutriinod ja antineutriinod osalevad vastastikmõjus erineval viisil. Veelgi enam, kõik neutriinod kõigis interaktsioonides on alati vasakukäelised (spinni projektsioon liikumissuunale on negatiivne) ja kõik antineutriinod on paremakäelised. Seda omadust ei täheldata mitte ainult kõigi elementaarosakeste puhul ainult neutriinode puhul, vaid see näitab ka kaudselt, et meie universum ei ole põhimõtteliselt sümmeetriline. Teiseks leiti, et igal laetud leptonil (elektronil, müonil ja tau leptonil) on oma neutriino tüüp või maitse. Pealegi interakteeruvad igat tüüpi neutriinod ainult oma leptonitega.

Tuleme tagasi oma päikeseprobleemi juurde. Veel 1950. aastatel tehti ettepanek, et leptoni maitset (teatud tüüpi neutriino) ei tohiks säilitada. See tähendab, et kui ühes reaktsioonis sündis elektronneutriino, siis teel teisele reaktsioonile võib neutriino riideid vahetada ja müüonina joosta. See võib seletada päikeseneutriinode puudumist radiokeemilistes katsetes, mis on tundlikud ainult elektronneutriinode suhtes. Seda hüpoteesi kinnitasid hiilgavalt päikese neutriinovoo mõõtmised stsintillatsioonikatsetes suure veesihtmärgi SNO ja Kamiokandega (mille eest anti hiljuti veel üks Nobeli preemia). Nendes katsetes ei uurita enam pöörd-beetalagunemist, vaid neutriinode hajumise reaktsiooni, mis võib toimuda mitte ainult elektronide, vaid ka müüonneutriinode puhul. Kui elektronneutriinode voo asemel hakati mõõtma igat tüüpi neutriinode koguvoogu, kinnitasid tulemused suurepäraselt neutriinode üleminekut ühelt tüübilt teisele ehk neutriinode võnkumisi.

Standardmudeli rünnak

Neutriinode võnkumiste avastamine, lahendades ühe probleemi, tekitas mitu uut. Põhimõte on see, et alates Pauli ajast on neutriinosid peetud massituteks osakesteks nagu footonid ja see sobis kõigile. Katsed neutriino massi mõõtmiseks jätkusid, kuid ilma suurema entusiasmita. Kõik on muutnud võnkumised, sest nende olemasoluks on mass, olgu see nii väike kui tahes, hädavajalik. Massi avastamine neutriinodes rõõmustas muidugi eksperimenteerijaid, kuid tekitas hämmingut teoreetikud. Esiteks ei sobi massiivsed neutriinod osakeste füüsika standardmudelisse, mida teadlased on ehitanud alates 20. sajandi algusest. Teiseks on neutriino sama salapärane vasakukäelisus ja antineutriino paremkäelisus hästi seletatav ainult massitute osakeste puhul. Massi olemasolul peaksid vasakukäelised neutriinod mõne tõenäosusega muutuma paremakäelisteks neutriinodeks ehk antiosakesteks, rikkudes pealtnäha kõigutamatut leptoniarvu jäävuse seadust, või isegi muutuma mingisugusteks neutriinodeks, mis seda ei tee. interaktsioonis osaleda. Tänapäeval nimetatakse selliseid hüpoteetilisi osakesi steriilseteks neutriinodeks.

Super-Kamiokande neutriinodetektor © Kamioka Observatoorium, ICRR (kosmiliste kiirte uurimise instituut), Tokyo ülikool

Loomulikult jätkusid neutriino massi eksperimentaalsed otsingud kohe järsult. Kuid kohe tekkis küsimus: kuidas mõõta millegi massi, mida ei saa kuidagi kinni püüda? On ainult üks vastus: neutriinosid üldse mitte püüda. Praeguseks on kõige aktiivsemalt arendamisel kaks suunda – neutriinode massi otsene otsimine beeta-lagunemisel ja neutriinovaba topelt-beetalagunemise vaatlemine. Esimesel juhul on idee väga lihtne. Tuum laguneb elektroni ja neutriino emissiooniga. Neutriinot ei ole võimalik püüda, küll aga on võimalik väga suure täpsusega püüda ja mõõta elektroni. Elektronispekter kannab ka teavet neutriino massi kohta. Selline eksperiment on osakeste füüsikas üks keerukamaid, kuid selle vaieldamatu eelis on see, et see põhineb energia ja impulsi jäävuse põhiprintsiipidel ning selle tulemus sõltub vähe. Nüüd on neutriino massi parim piir umbes 2 eV. See on 250 tuhat korda vähem kui elektron. See tähendab, et massi ennast ei leitud, vaid seda piiras ainult ülemine raam.

Topelt-beeta-lagunemisega on kõik keerulisem. Kui eeldada, et neutriino muutub pöörlemise käigus antineutriinoks (see mudel on nime saanud itaalia füüsiku Ettore Majorana järgi), siis on võimalik protsess, kus tuumas toimub samaaegselt kaks beetalagunemist, kuid neutriinod ei lenda välja. aga leping. Sellise protsessi tõenäosus on seotud neutriino massiga. Selliste katsete ülempiirid on paremad – 0,2 – 0,4 eV, kuid sõltuvad füüsilisest mudelist.

Massiivset neutriinoprobleemi pole veel lahendatud. Higgsi teooria ei suuda nii väikeseid masse seletada. See nõuab märkimisväärset komplikatsiooni või mõne kavalama seaduse kaasamist, mille järgi neutriinod muu maailmaga suhtlevad. Neutriinode uurimisega seotud füüsikutele esitatakse sageli küsimus: „Kuidas saab neutriinode uurimine tavalist võhikut aidata? Millist rahalist või muud kasu võib sellest osakesest saada? Füüsikud kehitavad õlgu. Ja nad tõesti ei tea seda. Kunagi kuulus pooljuhtdioodide uurimine puhtalt fundamentaalfüüsika alla, ilma praktilise rakenduseta. Erinevus seisneb selles, et tehnoloogiaid, mida arendatakse kaasaegsete neutriinofüüsika eksperimentide loomiseks, kasutatakse juba tööstuses laialdaselt, nii et iga sellesse valdkonda investeeritud sent tasub end üsna kiiresti ära. Nüüd tehakse maailmas mitmeid katseid, mille mastaap on võrreldav Suure Hadronipõrgeti mastaabiga; need katsed on suunatud eranditult neutriinode omaduste uurimisele. Millises neist saab füüsikas uue lehekülje avada, pole teada, kuid kindlasti avatakse.

Mida me teame aatomist väiksemate osakeste kohta? Ja mis on universumi väikseim osake?

Maailm meie ümber... Kes meist poleks selle lummavat ilu imetlenud? Tema põhjatu öötaevas, mis on täis miljardeid sädelevaid salapäraseid tähti ja tema helluse soojust päikesevalgus. Smaragdväljad ja metsad, tormised jõed ja piiritud mereavarused. Majesteetlike mägede ja lopsakate alpiniitude sädelevad tipud. Hommikukaste ja ööbikutrill koidikul. Lõhnav roos ja vaikne oja kohin. Lõõskav päikeseloojang ja kasesalu õrn kahin...

Kas on võimalik mõelda millelegi ilusamale kui meid ümbritsev maailm?! Võimsam ja muljetavaldavam? Ja samal ajal hapram ja õrnem? Kõik see on maailm, kus me hingame, armastame, rõõmustame, rõõmustame, kannatame ja leiname... Kõik see on meie maailm. Maailm, milles me elame, mida tunneme, mida näeme ja millest me vähemalt kuidagi aru saame.

See on aga palju mitmekesisem ja keerulisem, kui esmapilgul võib tunduda. Me teame, et lopsakad heinamaad poleks ilmunud ilma fantastilise mässuta, mis tuleneb lõputu ümmarguse tantsu painduvatest rohelistest rohulibledest, smaragdist rüüsse riietatud lopsakate puudeta - ilma paljude lehtedeta nende okstel ja kuldsete randadeta - ilma arvukate sädelevate teradeta. liivast, mis suvise õrna päikese kiirtes paljaste jalgade all krõbiseb. Suur koosneb alati väikestest. Väike - veelgi väiksemast. Ja sellel järjestusel pole ilmselt piire.

Seetõttu koosnevad rohulibled ja liivaterad omakorda molekulidest, mis moodustuvad aatomitest. Aatomid, nagu teate, koosnevad elementaarosakestest - elektronidest, prootonitest ja neutronitest. Kuid nad, nagu arvatakse, ei ole lõplik autoriteet. Kaasaegne teadus väidab, et näiteks prootonid ja neutronid koosnevad hüpoteetilistest energiaparvedest – kvarkidest. On oletatud, et on olemas veelgi väiksem osake – preoon, mis on endiselt nähtamatu, tundmatu, kuid oletatav.

Molekulide, aatomite, elektronide, prootonite, neutronite, footonite jne maailm. helistas mikromaailm. Tema on aluseks makrokosmos- inimeste maailm ja sellega proportsionaalsed suurused meie planeedil ja mega maailm- tähtede, galaktikate, universumi ja kosmose maailm. Kõik need maailmad on omavahel seotud ega eksisteeri üks ilma teiseta.

Oma esimese ekspeditsiooni aruandes oleme megamaailmaga juba kohtunud. "Universumi hingus. Teekond kõigepealt" ja meil on juba ettekujutus kaugetest galaktikatest ja universumist. Sellel ohtlikul teekonnal avastasime tumeaine ja tumeenergia maailma, uurisime mustade aukude sügavusi, jõudsime sädelevate kvasarite tippu ning vältisime imekombel Suurt Pauku ja mitte vähem suurt Crunchi. Universum ilmus meie ette kogu oma ilus ja suurejoonelisuses. Oma teekonnal mõistsime, et tähed ja galaktikad ei ilmunud iseeneslikult, vaid tekkisid miljardite aastate jooksul hoolikalt osakestest ja aatomitest.

Just osakesed ja aatomid moodustavad kogu meid ümbritseva maailma. Just nemad võivad oma lugematutes ja mitmekesistes kombinatsioonides meie ette ilmuda kas kauni Hollandi roosi või ränga tiibeti kivide hunnikuna. Kõik, mida näeme, koosneb nendest salapärase salapärastest esindajatest mikromaailm. Miks "salapärane" ja miks "salapärane"? Sest inimkond teab sellest maailmast ja selle esindajatest kahjuks veel väga vähe.

Mikrokosmose tänapäevast teadust on võimatu ette kujutada elektroni, prootonit või neutronit mainimata. Igas võrdlusmaterjal füüsikas või keemias leiame nende massi üheksanda kümnendkoha täpsusega, nende elektrilaengu, eluea jne. Näiteks nende teatmeteoste kohaselt on elektroni mass 9,10938291 (40) x 10 -31 kg, elektrilaeng - miinus 1,602176565 (35) x 10 -19 C, eluiga - lõpmatus või vähemalt 4,6 x 10 26 aastat vana (Wikipedia).

Elektroni parameetrite määramise täpsus on muljetavaldav ja uhke teaduslikud saavutused tsivilisatsioon täidab meie südamed! Tõsi, samal ajal hiilivad sisse mingid kahtlused, mida kogu soovi juures ei saa päriselt eemale peletada. Ühe miljardi – miljardi – miljardindiku kilogrammiga võrdse elektroni massi määramine ja isegi üheksanda kümnendkoha täpsusega kaalumine ei ole minu arvates lihtne ülesanne, täpselt nagu elektroni eluea mõõtmine 4 600 000 000 000 000 000 000 000 aastaga. .

Pealegi pole keegi seda elektroni kunagi näinud. Moodsaimad mikroskoobid võimaldavad näha aatomituuma ümber ainult elektronpilve, mille sees, nagu teadlased usuvad, liigub elektron suure kiirusega (joonis 1). Me ei tea veel kindlalt ei elektroni suurust, kuju ega pöörlemiskiirust. Tegelikkuses teame elektronist, samuti prootonist ja neutronist väga vähe. Saame ainult oletada ja oletada. Kahjuks on täna kõik meie võimalused.

Riis. 1. Harkovi füüsika- ja tehnoloogiainstituudi füüsikute poolt 2009. aasta septembris tehtud foto elektronpilvedest

Kuid elektron või prooton on väikseimad elementaarosakesed, mis moodustavad mis tahes aine aatomi. Ja kui meie tehnilised vahendid mikromaailma uurimiseks ei võimalda veel osakesi ja aatomeid näha, siis võib-olla saame millestki alustada umbes üha rohkem tuntud? Näiteks molekulist! See koosneb aatomitest. Molekul on suurem ja arusaadavam objekt, mida üsna tõenäoliselt uuritakse sügavamalt.

Kahjuks pean teile taas pettumuse valmistama. Molekulid on meile arusaadavad ainult paberil abstraktsete valemite ja nende oletatava struktuuri jooniste kujul. Me ei saa ikka veel selget pilti molekulist, millel on aatomite vahel väljendunud sidemed.

2009. aasta augustis õnnestus Euroopa teadlastel aatomjõumikroskoopia tehnoloogiat kasutades esimest korda saada pilt üsna suure pentatseeni (C 22 H 14) molekuli struktuurist. Kõige kaasaegsem tehnoloogia on võimaldanud näha ainult viit tsüklit, mis määravad selle süsivesiniku struktuuri, ning üksikute süsiniku- ja vesinikuaatomite laike (joonis 2). Ja see on kõik, mida me praegu teha saame...

Riis. 2. Pentatseeni molekuli struktuurne esitus (ülemine)

ja tema foto (allpool)

Ühest küljest lubavad saadud fotod väita, et keemikute valitud tee, mis kirjeldab molekulide koostist ja struktuuri, ei tekita enam kahtlust, kuid teisest küljest võime vaid oletada, et

Kuidas ikkagi toimub aatomite kombinatsioon molekulis ja elementaarosakeste kombinatsioon aatomis? Miks on need aatomi- ja molekulaarsidemed stabiilsed? Kuidas nad kujunevad, millised jõud neid toetavad? Kuidas näeb välja elektron, prooton või neutron? Mis on nende struktuur? Mis on aatomituum? Kuidas prooton ja neutron ühes ruumis koos eksisteerivad ja miks nad elektroni sealt välja tõrjuvad?

Selliseid küsimusi on palju. Vastused ka. Tõsi, paljud vastused põhinevad vaid oletustel, mis tekitavad uusi küsimusi.

Minu päris esimesed katsed mikromaailma saladustesse tungida sattusid üsna pealiskaudsele ideele kaasaegne teadus palju fundamentaalseid teadmisi mikromaailma objektide ehitusest, nende toimimise põhimõtetest, nende omavaheliste seoste ja suhete süsteemidest. Selgus, et inimkond ei mõista siiani selgelt, kuidas on paigutatud aatomi tuum ja selle koostises olevad osakesed – elektronid, prootonid ja neutronid. Meil on ainult üldised ettekujutused selle kohta, mis tegelikult toimub aatomituuma lõhustumise protsessis, millised sündmused võivad selle protsessi pika käigus aset leida.

Tuumareaktsioonide uurimine piirdus protsesside vaatlemise ja teatud eksperimentaalselt tuletatud põhjuse-tagajärje seoste väljaselgitamisega. Teadlased on õppinud määrama ainult käitumine teatud osakesed ühe või teise löögi all. See on kõik! Nende struktuuri mõistmata, interaktsioonimehhanisme paljastamata! Ainult käitumine! Selle käitumise põhjal määrati kindlaks teatud parameetrite sõltuvused ja suurema tähtsuse huvides kanti need katseandmed mitmetasandilistesse matemaatilistesse valemitesse. See on kogu teooria!

Sellest paraku piisas, et asuda vapralt tuumajaamade, erinevate kiirendite, põrkurite ja tuumapommide loomise juurde. Olles saanud esmased teadmised tuumaprotsesside kohta, liitus inimkond kohe enneolematus võidujooksus võimsa energia omamise nimel.

Hüppeliselt on kasvanud tuumavõimsusega riikide arv. tuumaraketid tohutul hulgal vaatasid nad ähvardavalt ebasõbralike naabrite suunas. Tekkima hakkasid tuumaelektrijaamad, mis toodavad pidevalt odavat elektrienergiat. Tohutuid vahendeid kulutati üha uute konstruktsioonide tuumaenergia arendamiseks. Teadus, püüdes vaadata aatomituuma sisse, püstitas intensiivselt ülimoodsaid osakeste kiirendeid.

Aatomi struktuuri ja selle tuumani asi aga ei jõudnud. Lummus üha uute osakeste otsimisest ja Nobeli regioonide jahtimine jättis tagaplaanile aatomituuma ja seda moodustavate osakeste struktuuri põhjaliku uurimise.

Kuid pealiskaudsed teadmised tuumaprotsesside kohta näitasid end tuumareaktorite töötamise ajal kohe negatiivselt ja kutsusid paljudes olukordades esile spontaansete tuumaahelreaktsioonide tekkimise.

Selles loendis on spontaansete tuumareaktsioonide toimumise kuupäevad ja asukohad:

21.08.1945. USA, Los Alamose riiklik labor.

21. mai 1946. aastal. USA, Los Alamose riiklik labor.

15.03.1953. NSVL, Tšeljabinsk-65, Majaki tootmisühing.

21.04.1953. NSVL, Tšeljabinsk-65, Majaki tootmisühing.

16.06.1958. USA, Oak Ridge, Y-12 radiokeemiatehas.

15.10.1958. Jugoslaavia, B. Kidrichi instituut.

30. detsember 1958 USA, Los Alamose riiklik labor.

01/03/1963. NSVL, Tomsk-7, Siberi keemiakombinaat.

23.07.1964. USA, Woodryver, radiokeemiatehas.

30. detsember 1965 Belgia, Mol.

03.05.1968. NSVL, Tšeljabinsk-70, VNIITF.

10. detsember 1968 NSVL, Tšeljabinsk-65, Majaki tootmisühing.

26. mai 1971 NSVL, Moskva, Aatomienergia Instituut.

13. detsember 1978. NSVL, Tomsk-7, Siberi keemiakombinaat.

23.09.1983. Argentina, reaktor RA-2.

15. mai 1997 Venemaa, Novosibirsk, keemiliste kontsentraatide tehas.

17.06.1997. Venemaa, Sarov, VNIIEF.

30.09.1999 Jaapan, Tokaimura, tuumakütuse tootmistehas.

Sellesse loendisse tuleb lisada arvukad õnnetused tuumarelvade õhu- ja veealuste kandjatega, intsidendid tuumakütusetsükli ettevõtetes, hädaolukorrad tuumaelektrijaamades, hädaolukorrad tuuma- ja termotuumapommide katsetamise ajal. Tšernobõli ja Fukushima tragöödia jääb meie mällu igaveseks. Nende katastroofide ja hädaolukordade taga on tuhandeid surnud inimesed. Ja see paneb sind väga tõsiselt mõtlema.

Lihtsalt mõte töötavatest tuumaelektrijaamadest, mis võivad kogu maailma hetkega pidevaks muuta radioaktiivne tsoon, on hirmutav. Kahjuks on need mured põhjendatud. Esiteks see, et tuumareaktorite loojad oma töös ei kasutanud mitte fundamentaalseid teadmisi, vaid osakeste teatud matemaatiliste sõltuvuste ja käitumise väidet, mille alusel ehitati ohtlik tuumastruktuur. Teadlaste jaoks on tuumareaktsioonid siiani omamoodi "must kast", mis toimib teatud toimingute ja nõuete täitmisel.

Kui aga selles “kastis” hakkab midagi juhtuma ja seda “midagi” ei kirjeldata juhistes ja see väljub omandatud teadmiste ulatusest, siis ei saa me peale oma kangelaslikkuse ja mitteintellektuaalse töö millegi vastu seista. puhkenud tuumaelemendile. Inimeste massid on sunnitud lihtsalt alandlikult eelseisvat ohtu ootama, valmistuma kohutavateks ja arusaamatuteks tagajärgedeks, liikudes enda arvates ohutusse kaugusesse. Tuumaspetsialistid kehitavad enamasti lihtsalt õlgu, palvetades ja oodates abi kõrgematelt jõududelt.

Kaasaegseima tehnoloogiaga relvastatud Jaapani tuumateadlased ei suuda ikka veel ohjeldada Fukushima tuumajaama, mis on pikka aega pingevaba. Nad saavad vaid nentida, et 18. oktoobril 2013 ületas põhjavee kiirgustase normi enam kui 2500 korda. Päev hiljem tõusis radioaktiivsete ainete tase vees ligi 12 000 korda! Miks?! Jaapani spetsialistid ei oska sellele küsimusele veel vastata ega neid protsesse peatada.

Loomise risk aatompomm kuidagi õigustatud. Pingeline sõjalis-poliitiline olukord planeedil nõudis vastasriikidelt enneolematuid kaitse- ja rünnakumeetmeid. Olukorrale alludes võtsid aatomiuurijad riske, süvenemata elementaarosakeste ja aatomituumade ehituse ja toimimise peensustesse.

Rahuajal tuli aga alustada tuumaelektrijaamade ja igat tüüpi põrkeseadmete ehitamist ainult tingimusel, mida teadus on täielikult välja mõelnud aatomituuma ja elektroni, neutroni ja prootoni ehituse ja nende seosed. Lisaks tuleb tuumaelektrijaamades toimuvaid tuumareaktsioone rangelt kontrollida. Kuid te saate tõesti ja tõhusalt hallata ainult seda, mida te põhjalikult tunnete. Eriti kui see puudutab tänapäeval kõige võimsamat energialiiki, mida pole sugugi lihtne ohjeldada. Seda muidugi ei juhtu. Mitte ainult tuumajaamade ehitamise ajal.

Praegu on Venemaal, Hiinas, USA-s ja Euroopas 6 erinevat põrkajat – võimsad vastutulevate osakeste voogude kiirendajad, mis kiirendavad need tohutu kiiruseni, andes osakestele kõrge. kineetiline energia et need seejärel üksteise vastu suruda. Kokkupõrke eesmärk on uurida osakeste põrkeprodukte lootuses, et nende lagunemise käigus on võimalik näha midagi uut ja veel tundmatut.

On selge, et teadlastel on suur huvi näha, mis sellest kõigest välja tuleb. Osakeste kokkupõrke kiirused ja kulutused uuringutele kasvavad, kuid teadmised põrkuva struktuuri kohta on juba olemas palju-palju aastaid jäävad samale tasemele. Kavandatavate uuringute tulemuste kohta pole siiani põhjendatud ennustusi ega saa ka olla. Mitte juhuslikult. Teame hästi, et teaduslikult on võimalik ennustada ainult juhul, kui on täpsed ja kontrollitud teadmised vähemalt prognoositava protsessi üksikasjadest. Kaasaegsel teadusel pole veel selliseid teadmisi elementaarosakeste kohta. Sel juhul võib eeldada, et olemasolevate uurimismeetodite põhiprintsiibiks on seisukoht: "Proovime teha – vaatame, mis saab." Kahjuks.

Seetõttu on üsna loomulik, et tänapäeval räägitakse üha sagedamini teemadel, mis on seotud käimasolevate eksperimentide ohuga. See ei puuduta isegi võimalust, et katsete käigus tekivad mikroskoopilised mustad augud, mis kasvades võivad meie planeedi neelata. Ma väga ei usu sellisesse võimalikkusesse, vähemalt oma intellektuaalse arengu praegusel tasemel ja staadiumis.

Kuid on tõsisem ja reaalsem oht. Näiteks suure hadronite põrgatis põrkuvad prootonite või pliioonide vood erinevates konfiguratsioonides. Näib, milline oht võib tulla võimsa metalli- ja betoonikaitsega kaetud tunnelis asuvast mikroskoopilisest osakesest ja isegi maa all? Osake kaaluga 1,672 621 777 (74) x 10 -27 kg ja enam kui 26 kilomeetri pikkune tugev mitmetonnine tunnel raske pinnase paksuses on selgelt võrreldamatud kategooriad.

Oht on siiski olemas. Katsetes on kontrollimatu vabanemine tõenäoline tohutu hulk energia, mis ei ilmne mitte ainult tuumasiseste jõudude katkemise, vaid ka prootonite või pliioonide sees asuva energia tagajärjel. Kaasaegse tuumaplahvatus ballistiline rakett, mis põhineb aatomi tuumasisese energia vabanemisel, ei tundu võrreldes kõige võimsama energiaga, mis elementaarosakeste hävitamisel vabaneda saab, halvem kui uusaasta tulevärk. Võime vapustava džinni äkki pudelist välja lasta. Kuid mitte see leplik heasüdamlik ja kõikvõimalik, kes ainult kuuletub ja kuuletub, vaid kontrollimatu, kõikvõimas ja halastamatu koletis, kes ei tunne halastust ega halastust. Ja see ei saa olema vapustav, vaid üsna tõeline.

Kuid kõige hullem on see, nagu tuumapomm, võib põrkeris alata ahelreaktsioon, mis vabastab üha rohkem energiat ja hävitab kõik muud elementaarosakesed. Samal ajal pole üldse oluline, millest need koosnevad - tunneli metallkonstruktsioonidest, betoonseintest või kividest. Energiat vabaneb kõikjal, rebides lahti kõik, mis on seotud mitte ainult meie tsivilisatsiooniga, vaid kogu planeediga. Hetkega võivad meie armsasinisest ilust järele jääda vaid haledad vormitud killud, mis lendavad üle universumi suurte ja tohutute avaruste.

See on muidugi kohutav, kuid üsna reaalne stsenaarium ja paljud eurooplased mõistavad seda tänapäeval väga hästi ja seisavad aktiivselt vastu ohtlikele ettearvamatutele eksperimentidele, mis nõuavad planeedi ja tsivilisatsiooni turvalisust. Iga korraga on need sõnavõtud järjest organiseeritumad ja suurendavad sisemist muret hetkeolukorra pärast.

Ma ei ole eksperimentide vastu, sest saan väga hästi aru, et tee uute teadmisteni on alati okkaline ja raske. Ilma eksperimenteerimiseta on sellest peaaegu võimatu üle saada. Olen aga sügavalt veendunud, et iga katset tuleks läbi viia ainult siis, kui see on inimestele ja ümbritsevale maailmale ohutu. Täna meil sellist turvalisust pole. Ei, sest puuduvad teadmised nende osakeste kohta, millega me juba täna katsetame.

Olukord osutus palju murettekitavamaks, kui olin varem ette kujutanud. Tõsiselt mures sukeldusin pea ees mikromaailma teadmiste maailma. Tunnistan, et see ei pakkunud mulle erilist rõõmu, kuna mikromaailma väljatöötatud teooriates oli kvantfüüsika, kvantmehaanika teoreetilisi seisukohti kasutades raske tabada selget seost loodusnähtuste ja järelduste vahel, millele mõned teadlased tuginesid. ja elementaarosakeste teooria kui uurimisaparaat.

Kujutage ette minu hämmastust, kui avastasin ühtäkki, et teadmised mikrokosmosest põhinevad pigem oletustel, millel pole selget loogilist põhjendust. Omades küllastunud matemaatilisi mudeleid teatud kokkuleppega Plancki konstandi kujul, mille konstant ületab pärast koma kolmkümmend nulli, erinevaid keelde ja postulaate, kirjeldavad teoreetikud siiski piisavalt üksikasjalikult ja täpselt. a kas praktilised olukorrad, mis vastavad küsimusele: "Mis juhtub, kui ...?". Põhiküsimus: “Miks see nii juhtub?” jäi aga kahjuks vastuseta.

Mulle tundus, et piiritu Universumi ja selle nii kaugete galaktikate tundmine, mis asuvad fantastiliselt suurel kaugusel, on palju keerulisem kui leida teadmiste rada selleni, mis tegelikult "meie jalge all peitub". Toetudes vundamendile selle keskmine ja kõrgharidus, uskusin siiralt, et meie tsivilisatsioonil ei ole enam küsimusi aatomi ja selle tuuma ehituse või elementaarosakeste ja nende ehituse kohta ega jõudude kohta, mis hoiavad elektroni orbiidil ja hoiavad prootonite ja neutronite vahel stabiilset ühendust. aatomi tuum.

Siiani polnud ma pidanud kvantfüüsika põhitõdesid õppima, kuid olin kindel ja naiivselt eeldasin, et see uus füüsika on see, mis meid tõesti mikromaailma vääritimõistmise pimedusest välja viib.

Kuid oma sügavaks kurvastuseks eksisin. Kaasaegne kvantfüüsika, aatomituuma ja elementaarosakeste füüsika ning tegelikult ka kogu mikromaailma füüsika pole minu arvates lihtsalt kahetsusväärses seisus. Nad on pikaks ajaks takerdunud intellektuaalsesse ummikusse, mis ei saa lasta neil areneda ja täiustuda, liikudes mööda aatomi ja elementaarosakeste tunnetuse teed.

Mikrokosmose uurijad, keda piirab jäigalt 19. ja 20. sajandi suurte teoreetikute arvamuste väljakujunenud vankumatus, pole enam kui sada aastat söandanud naasta oma juurte juurde ja alustavad uuesti rasket uurimisteed sügavustesse. meie ümbritsevast maailmast. Minu kriitiline vaade praegusele olukorrale mikromaailma uurimise ümber pole kaugeltki ainus. Paljud edumeelsed teadlased ja teoreetikud on korduvalt väljendanud oma seisukohta probleemide kohta, mis tekivad aatomituuma ja elementaarosakeste teooria, kvantfüüsika ja kvantmehaanika aluste mõistmise käigus.

Kaasaegse teoreetilise kvantfüüsika analüüs võimaldab meil teha üsna kindla järelduse, et teooria olemus seisneb osakeste ja aatomite teatud keskmiste väärtuste matemaatilises esitamises, mis põhineb mõne mehaanilise statistika näitajatel. Teoorias ei ole peamine uurida elementaarosakesi, nende struktuuri, seoseid ja interaktsioone teatud ilmingutes. looduslik fenomen, kuid lihtsustatud tõenäosuslikke matemaatilisi mudeleid, mis põhinevad katsete käigus saadud sõltuvustel.

Paraku seati siin, nagu ka relatiivsusteooria arengus, esikohale tuletatud matemaatilised sõltuvused, mis varjutasid nähtuste olemuse, nende omavahelised seosed ja tekkepõhjused.

Elementaarosakeste struktuuri uurimine piirdus eeldusega, et prootonites ja neutronites on kolm hüpoteetiline kvark, mille variatsioonid selle teoreetilise eelduse arenedes muutusid kahest, kolmest, neljast, kuuest, kaheteistkümnest. Teadus lihtsalt kohanes katsete tulemustega, oli sunnitud leiutama uusi elemente, mille olemasolu pole veel tõestatud. Siin saame kuulda ka seni leidmata preoonidest ja gravitonitest. Võib kindel olla, et hüpoteetiliste osakeste arv kasvab jätkuvalt, kuna mikromaailma teadus läheb aina sügavamale ummikusse.

Elementaarosakeste ja aatomituumade sees toimuvate füüsikaliste protsesside, mikrokosmose süsteemide ja elementide vastastikuse toimemehhanismi mõistmise puudumine tõi kaasa hüpoteetilised elemendid – vastastikmõju kandjad – nagu gabariidi- ja vektorbosonid, gluoonid, virtuaalsed footonid. kaasaegse teaduse areenil. Just nemad olid nende üksuste nimekirja esikohal, kes vastutavad mõnede osakeste ja teiste osakeste interaktsiooni protsesside eest. Ja see pole oluline, et isegi nende kaudseid märke pole leitud. On oluline, et neid saaks kuidagi vastutada selle eest, et aatomi tuum ei laguneks oma komponentideks, et Kuu ei kukuks Maale, et elektronid ikka pöörleksid oma orbiidil ja et planeedi magnet väli kaitseb meid endiselt kosmilise mõju eest.

Sellest kõigest muutus kurvaks, sest mida rohkem ma mikrokosmose teooriasse süvenesin, seda enam kasvas mu arusaam maailma ehituse teooria kõige olulisema komponendi ummikarengust. Tänapäeva mikrokosmose teaduse seisukoht ei ole juhuslik, vaid loomulik. Fakt on see, et kvantfüüsika aluse panid üheksateistkümnenda sajandi lõpus ja kahekümnenda sajandi alguses Nobeli preemia laureaadid Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli ja Paul Dirac. Füüsikutel olid tol ajal vaid mõnede aatomite ja elementaarosakeste uurimisele suunatud esialgsete katsete tulemused. Siiski tuleb tunnistada, et ka need uuringud viidi läbi sellele ajale vastaval ebatäiuslikul seadmel ning katseandmebaas hakkas alles täituma.

Seetõttu pole üllatav, et klassikaline füüsika ei suutnud alati vastata arvukatele küsimustele, mis mikromaailma uurimise käigus tekkisid. Seetõttu hakati 20. sajandi alguses teadusmaailmas rääkima füüsika kriisist ja vajadusest. revolutsioonilised muutused mikromaailma uurimise süsteemis. See säte sundis progressiivseid teoreetilisi teadlasi kindlasti otsima uusi viise ja meetodeid mikromaailma tunnetamiseks.

Peame austust avaldama probleem, mitte klassikalise füüsika aegunud sätetes, vaid vähearenenud tehnilises baasis, mis tol ajal, mis on täiesti mõistetav, ei suutnud anda vajalikke uurimistulemusi ega anda toitu sügavamatele teoreetilistele arengutele. Vahe tuli täita. Ja see sai täis. uus teooria- kvantfüüsika, mis põhineb peamiselt tõenäosuslikel matemaatilistel esitusviisidel. Selles polnud midagi halba, välja arvatud see, et seda tehes unustasid nad filosoofia ja murdusid reaalsest maailmast.

Klassikalised ideed aatomist, elektronist, prootonist, neutronist jne. asendati nende tõenäosusmudelitega, mis vastasid teatud teaduse arengutasemele ja võimaldasid lahendada isegi väga keerulisi rakendusinseneri probleeme. Vajaliku tehnilise baasi puudumine ja mõningad edusammud mikrokosmose elementide ja süsteemide teoreetilisel ja eksperimentaalsel kujutamisel lõid tingimused teadusmaailma teatavaks jahenemiseks elementaarosakeste, aatomite ja nende tuumade struktuuri süvaõppe suunas. . Seda enam, et mikrokosmose füüsika kriis näis olevat kustunud, oli toimunud revolutsioon. Teaduskogukond tormas entusiastlikult kvantfüüsikat õppima, ei vaevunud mõistma elementaar- ja fundamentaalosakeste põhitõdesid.

Loomulikult ei saanud selline olukord kaasaegses mikromaailma teaduses mind erutada ja hakkasin kohe valmistuma uueks ekspeditsiooniks, uueks teekonnaks. Reis mikrokosmosesse. Oleme sarnase teekonna juba teinud. See oli esimene reis galaktikate, tähtede ja kvasarite maailma, tumeaine ja tumeenergia maailma, maailma, kus meie universum sünnib ja elab täisväärtuslikku elu. Oma raportis "Universumi hingus. Kõigepealt teekond» Püüdsime mõista Universumi ehitust ja selles toimuvaid protsesse.

Mõistes, et ka teine ​​teekond ei ole lihtne ja nõuab miljardeid triljoneid kordi, et vähendada ruumi ulatust, milles ma pean ümbritsevat maailma uurima, hakkasin valmistuma tungima mitte ainult aatomi struktuuri. või molekuli, vaid ka elektroni ja prootoni, neutroni ja footoni sügavustesse ning nende osakeste mahust miljoneid kordi väiksemates mahtudes. See nõudis eriväljaõpet, uusi teadmisi ja täiustatud varustust.

Eelseisev teekond sai alguse meie maailma loomise algusest ning just see algus oli kõige ohtlikum ja kõige ettearvamatuma tulemusega. Kuid meie ekspeditsioonist sõltus see, kas leiame mikromaailma teaduses väljapääsu praegusest olukorrast või jääme balansseerima kaasaegse tuumaenergia kõikuval köissillal, paljastades iga sekund tsivilisatsiooni elu ja olemasolu. planeet surmaohtu.

Asi on selles, et meie uurimistöö esialgsete tulemuste tundmaõppimiseks oli vaja jõuda universumi musta auku ja enesealalhoiutunnet unarusse jättes tormata universaalse tunneli leegitsevasse põrgusse. Ainult seal, ülikõrgete temperatuuride ja fantastilise rõhu tingimustes, liikudes ettevaatlikult materjaliosakeste kiiresti pöörlevates voogudes, võisime näha, kuidas toimub osakeste ja antiosakeste hävitamine ning kuidas kõigi asjade suur ja võimas esivanem – eeter, sünnib uuesti, et mõista kõiki käimasolevaid protsesse, sealhulgas osakeste, aatomite ja molekulide teket.

Uskuge mind, Maal ei ole nii palju hulljulgeid, kes selle üle otsustada saaksid. Pealegi ei garanteeri tulemust keegi ja keegi pole valmis selle teekonna eduka tulemuse eest vastutust võtma. Tsivilisatsiooni eksisteerimise ajal pole keegi isegi galaktika mustas augus käinud, kuid siin - UNIVERSUM! Kõik siin on täiskasvanud, suurejooneline ja kosmilise mastaabiga. Siin pole nalja. Siin võivad nad hetkega muuta inimkeha mikroskoopiliseks punaseks kuumaks energiaklombiks või hajutada seda mööda lõputuid külmasid kosmoseavarusteid, ilma et neil oleks õigust taastada ja taasühendada. See on Universum! Tohutu ja majesteetlik, külm ja tulikuum, piiritu ja salapärane…

Seetõttu pean kõiki meie ekspeditsiooniga liituma kutsudes hoiatama, et kui kellelgi on kahtlusi, siis pole veel hilja keelduda. Iga põhjus on aktsepteeritud. Oleme täiesti teadlikud ohu suurusest, kuid oleme valmis sellele julgelt iga hinna eest vastu astuma! Valmistume sukelduma universumi sügavustesse.

On selge, et kaitsta ennast ja jääda ellu, sukeldudes kuumaks, täis võimsad plahvatused ja tuumareaktsioonid, universaalne tunnel, pole kaugeltki lihtne asi ja meie seadmed peavad sobima töötingimustega. Seetõttu on hädavajalik valmistada ette parim varustus ja hoolikalt läbi mõelda varustus kõigile sellel ohtlikul ekspeditsioonil osalejatele.

Esiteks võtame teisel reisil ette selle, mis võimaldas meil ületada väga raske tee läbi universumi avaruste, kui töötasime oma ekspeditsiooni aruande kallal. "Universumi hingus. Kõigepealt teekond. Muidugi, see maailma seadused. Ilma nende taotluseta oleks meie esimene reis vaevalt saanud edukalt lõppeda. Just seadused võimaldasid hunnikute arusaamatute nähtuste ja nende seletuses uurijate kahtlaste järelduste hulgast õige tee leida.

Kui mäletate, vastandite tasakaalu seadus, määrates ette, et maailmas on mis tahes reaalsuse ilming, iga süsteem oma vastupidise olemuse ja on või püüab olla sellega tasakaalus, võimaldas meil mõista ja aktsepteerida kohalolekut meid ümbritsevas maailmas, lisaks tavaenergiale ka tumeenergiat. , ja lisaks tavaainele ka tumeainet. Vastandite tasakaalu seadus võimaldas eeldada, et maailm ei koosne ainult eetrist, vaid ka eeter koosneb selle kahest tüübist - positiivsest ja negatiivsest.

Universaalse vastastikuse seotuse seadus, mis viitab stabiilsele korduvale ühendusele kõigi universumi objektide, protsesside ja süsteemide vahel, olenemata nende mastaabist, ja hierarhia seadus, korraldades Universumi mis tahes süsteemi tasemed madalaimast kõrgeimani, võimaldas ehitada eetrist, osakestest, aatomitest, ainetest, tähtedest ja galaktikatest universumini loogilise "olendite redeli". Seejärel leidke viise, kuidas muuta uskumatult suur hulk galaktikaid, tähti, planeete ja muid materiaalseid objekte esmalt osakesteks ja seejärel kuuma eetri voogudeks.

Leidsime nendele seisukohtadele kinnitust tegevuses. arengu seadus, mis määrab evolutsioonilise liikumise kõigis meid ümbritseva maailma sfäärides. Läbi nende seaduste toime analüüsi jõudsime Universumi vormi ja ehituse kirjelduseni, õppisime galaktikate evolutsiooni, nägime osakeste ja aatomite, tähtede ja planeetide tekkemehhanisme. Meile sai täiesti selgeks, kuidas väikesest kujuneb suur ja suurest väike.

Ainult mõistmine liikumise pidevuse seadus, mis tõlgendab eranditult kõigi objektide ja süsteemide jaoks ruumis pideva liikumise protsessi objektiivset vajalikkust, võimaldas meil saada teadlikuks Universumi ja galaktikate tuuma pöörlemisest universaalse tunneli ümber.

Maailma ülesehituse seadused olid omamoodi meie teekonna kaart, mis aitas meil marsruudil liikuda ning ületada selle raskemaid lõike ja takistusi, millega maailma mõistmise teel kokku puututakse. Seetõttu on maailma ehituse seadused ka meie varustuse kõige olulisem atribuut sellel teekonnal universumi sügavustesse.

Teiseks oluline tingimus edu universumi sügavustesse tungimisel on kindlasti katsetulemused teadlased, mida nad pidasid rohkem kui sada aastat, ja kogu teadmiste ja teabe varu nähtuste kohta mikromaailm kaasaegse teaduse poolt kogutud. Esimesel reisil veendusime, et paljusid loodusnähtusi on võimalik erinevalt tõlgendada ja teha täiesti vastupidiseid järeldusi.

Valed järeldused, mida toetavad tülikad matemaatilised valemid, viivad teaduse reeglina ummikusse ega anna vajalikku arengut. Need panevad aluse edasisele ekslikule mõtlemisele, mis omakorda moodustab väljatöötatud ekslike teooriate teoreetilised sätted. Asi pole valemites. Valemid võivad olla täiesti õiged. Kuid teadlaste otsused, kuidas ja millisel teel edasi liikuda, ei pruugi olla päris õiged.

Olukorda võib võrrelda sooviga jõuda Pariisist kahel teel Charles de Gaulle'i lennujaama. Esimene on lühim, mida ei saa veeta rohkem kui pool tundi, kasutades ainult autot, ja teine ​​on täpselt vastupidine, üle maailma auto, laeva, erivarustuse, paatide, koerarakenditega üle Prantsusmaa, Atlandi ookeani, Lõuna-Ameerika, Antarktika, vaikne ookean, Arktika ja lõpuks läbi Prantsusmaa kirdeosa otse lennujaama. Mõlemad teed viivad meid ühest punktist samasse kohta. Aga kui kaua ja millise pingutusega? Jah, ja olla täpne ja jõuda sihtkohta pika ja raske teekonna käigus on väga problemaatiline. Seetõttu pole oluline mitte ainult liikumisprotsess, vaid ka õige tee valik.

Oma teekonnal, nagu ka esimesel ekspeditsioonil, püüame veidi teistsuguse pilguga vaadata juba tehtud ja kõigi poolt aktsepteeritud järeldusi mikrokosmose kohta. teadusmaailm. Esiteks seoses elementaarosakeste, tuumareaktsioonide ja olemasolevate vastastikmõjude uurimise tulemusena saadud teadmistega. On täiesti võimalik, et meie sukeldumise tulemusena Universumi sügavustesse ei ilmu elektron meie ette mitte struktuuritu osakesena, vaid mõne mikromaailma keerukama objektina ja aatomituum paljastab oma mitmekülgse struktuuri. elab oma ebatavalist ja aktiivset elu.

Ärgem unustagem loogikat kaasa võtmast. See võimaldas meil leida tee läbi meie viimase teekonna kõige raskemate kohtade. Loogika oli omamoodi kompass, mis näitas õige tee suunda teekonnal läbi universumi avaruste. On selge, et ka praegu ei saa me ilma selleta hakkama.

Ühest loogikast aga ilmselgelt ei piisa. Sellel ekspeditsioonil ei saa me ilma intuitsioonita hakkama. Intuitsioon võimaldab meil leida seda, mille kohta me veel aimatagi ei oska ja kust keegi pole enne meid midagi otsinud. Intuitsioon on meie suurepärane abiline, kelle häält me ​​tähelepanelikult kuulame. Intuitsioon paneb meid liikuma, sõltumata vihmast ja külmast, lumest ja pakasest, ilma kindla lootuse ja selge teabeta, kuid just tema võimaldab meil oma eesmärgi saavutada hoolimata kõigist reeglitest ja juhistest, millega kogu inimkond on harjunud. koolist.

Lõpuks ei saa me kuhugi minna ilma oma ohjeldamatu fantaasiata. Kujutlusvõime- see on meile vajalik teadmiste tööriist, mis võimaldab meil ilma kõige kaasaegsemate mikroskoopideta näha seda, mis on palju väiksem kui väikseimad juba avastatud või teadlaste poolt oletatud osakesed. Kujutlusvõime näitab meile kõiki mustas augus ja universaalses tunnelis toimuvaid protsesse, pakub mehhanisme gravitatsioonijõudude tekkeks osakeste ja aatomite moodustumisel, juhatab meid läbi aatomituuma galeriide ja võimaldab sooritada põnev lend kergel pöörleval elektronil ümber aatomituuma tahke, kuid kohmaka prootonite ja neutronite seltskonna.

Sellel teekonnal Universumi sügavustesse ei saa me kahjuks midagi muud kaasa võtta - ruumi on väga vähe ja peame piirduma ka kõige vajalikumate asjadega. Kuid see ei saa meid peatada! Me mõistame eesmärki! Universumi sügavused ootavad meid!

Suhkru väikseim osake on suhkru molekul. Nende struktuur on selline, et suhkur maitseb magusalt. Ja veemolekulide struktuur on selline, et puhas vesi ei tundu magus.

4. Molekulid koosnevad aatomitest

Ja vesiniku molekul on vesiniku aine väikseim osake. Aatomite väikseimad osakesed on elementaarosakesed: elektronid, prootonid ja neutronid.

Kogu teadaolev aine Maal ja kaugemal koosneb keemilised elemendid. Kokku looduslikult esinevad elemendid – 94. Millal normaalne temperatuur Neist 2 on vedelas olekus, 11 gaasilises olekus ja 81 (sh 72 metalli) on tahkes olekus. Niinimetatud "aine neljas olek" on plasma ehk olek, kus negatiivselt laetud elektronid ja positiivselt laetud ioonid on pidevas liikumises. Jahvatuspiiriks on tahke heelium, mis, nagu 1964. aastal kindlaks tehti, peaks olema üheaatomiline pulber. 1872. aastal avastatud TCDD ehk 2, 3, 7, 8-tetraklorodibenso-p-dioksiin on surmav kontsentratsioonis 3,1 10–9 mol/kg, mis on 150 tuhat korda tugevam kui sarnane annus tsüaniidi.

Aine koosneb üksikutest osakestest. Erinevate ainete molekulid on erinevad. 2 hapnikuaatomit. Need on polümeeri molekulid.

Lihtsalt kompleksist: universumi väikseima osakese mõistatus või kuidas püüda neutriinot

Elementaarosakeste füüsika standardmudel on teooria, mis kirjeldab elementaarosakeste omadusi ja vastastikmõjusid. Kõikidel kvarkidel on ka elektrilaeng, mis on 1/3 elementaarlaengu kordne. Nende antiosakesed on antileptonid (elektroni antiosakest nimetatakse ajaloolistel põhjustel positroniks). Hüperonid, nagu Λ-, Σ-, Ξ- ja Ω-osakesed, sisaldavad ühte või mitut s-kvarki, lagunevad kiiresti ja on raskemad kui nukleonid. Molekulid on aine väikseimad osakesed, mis säilitavad endiselt oma keemilised omadused.

Millist rahalist või muud kasu võib sellest osakesest saada? Füüsikud kehitavad õlgu. Ja nad tõesti ei tea seda. Kunagi kuulus pooljuhtdioodide uurimine puhtalt fundamentaalfüüsika alla, ilma praktilise rakenduseta.

Higgsi boson on teadusele nii oluline osake, et seda on hüüdnimega "Jumala osake". Just tema, nagu teadlased usuvad, annab massi kõigile teistele osakestele. Need osakesed hakkavad lagunema kohe pärast sündi. Osakese loomine nõuab tohutul hulgal energiat, nagu näiteks Suure Paugu tekitatud energia. Mis puudutab suurem suurus ja superpartnerite raskused, usuvad teadlased, et sümmeetria on rikutud universumi varjatud sektoris, mida ei saa näha ega leida. Näiteks koosneb valgus nullmassiga osakestest, mida nimetatakse footoniteks ja mis kannavad elektromagnetilist jõudu. Samamoodi on gravitonid teoreetilised osakesed, mis kannavad gravitatsioonijõudu. Teadlased üritavad endiselt gravitoneid leida, kuid seda on väga raske teha, kuna need osakesed suhtlevad ainega väga nõrgalt.

See maailm on kummaline: mõned armastavad luua midagi monumentaalset ja hiiglaslikku, et saada kuulsaks üle kogu maailma ja minna ajalukku, teised aga loovad minimalistlikke koopiaid tavalistest asjadest ja hämmastab maailma nendega mitte vähem. See ülevaade sisaldab väikseimaid esemeid, mis maailmas eksisteerivad ja mis pole samal ajal vähem funktsionaalsed kui nende täissuuruses kolleegid.

1. SwissMiniGun relv

SwissMiniGun ei ole suurem kui tavaline mutrivõti, kuid see on võimeline tulistama pisikesi kuule, mis paiskavad torust välja kiirusega üle 430 km/h. See on enam kui piisav, et tappa mees lähedalt.

2. Autokoorimine 50

Vaid 69 kg kaaluv Peel 50 on väikseim auto, mis on eales maanteesõiduks heaks kiidetud. See kolmerattaline "pepelats" võis saavutada kiiruse 16 km / h.

3. Kalou kool

UNESCO tunnistas Iraani Kalou kooli maailma väikseimaks. Selles on ainult 3 õpilast ja endine sõdur Abdul-Muhammed Sherani, kes on nüüd õpetaja.

4. Teekann kaaluga 1,4 grammi

Selle lõi keraamikameister Wu Ruishen. Kuigi see teekann kaalub vaid 1,4 grammi ja mahub sõrmeotsa, saab selles teed keeta.

5. Sarki vangla

Sarki vangla ehitati Kanalisaartele 1856. aastal. Seal oli ruumi vaid 2 vangile, kes pealegi olid väga kitsastes tingimustes.

6. Tumbleweed

Seda maja kutsuti "Perakati-väljaks" (Tumbleweed). Selle ehitas Jay Schafer San Franciscost. Kuigi maja on väiksem kui mõne inimese kapid (selle pindala on vaid 9 ruutmeetrit), sellel on töökoht, magamistuba ja vann koos duši ja tualetiga.

7. Mills Endi park

Portlandis asuv Mills End Park on maailma väikseim park. Selle läbimõõt on vaid ... 60 sentimeetrit. Samal ajal on pargis liblikate bassein, miniatuurne vaateratas ja tillukesed kujud.

8. Edward Niño Hernandez

Kolumbiast pärit Edward Niño Hernandezi kasv on vaid 68 sentimeetrit. Guinnessi rekordite raamat tunnistas ta maailma väikseimaks inimeseks.

9. Politseijaoskond telefoniputkas

Tegelikult pole see midagi enamat kui telefoniputka. Kuid tegelikult oli see toimiv politseijaoskond Floridas Carabellas.

10. Willard Wigani skulptuurid

Düsleksia ja kehva kooliedu all kannatanud Briti skulptor Willard Wigan leidis lohutust miniatuursete kunstiteoste loomisest. Tema skulptuurid on palja silmaga vaevu nähtavad.

11. Bakter Mycoplasma Genitalium

12. Sigade tsirkoviirus

Kuigi endiselt vaieldakse selle üle, mida võib pidada "elusaks" ja mida mitte, ei liigita enamik biolooge viirust elusorganismide hulka, kuna see ei saa paljuneda või tal puudub ainevahetus. Viirus võib aga olla palju väiksem kui mis tahes elusorganism, sealhulgas bakterid. Väikseim on üheahelaline DNA viirus, mida nimetatakse sea tsirkoviiruseks. Selle suurus on vaid 17 nanomeetrit.

13. Amööb

Väikseima palja silmaga nähtava objekti suurus on ligikaudu 1 millimeeter. See tähendab, et teatud tingimustel võib inimene näha amööbi, ripsloomakinga ja isegi inimese muna.

14. Kvargid, leptonid ja antiaine...

ajal eelmisel sajandil teadlased on teinud suuri edusamme, et mõista kosmose avarust ja mikroskoopilisi "ehitusplokke", millest see koosneb. Kui tuli välja selgitada, mis on universumi väikseim vaadeldav osake, sattusid inimesed teatud raskustesse. Mingil hetkel arvasid nad, et see on aatom. Seejärel avastasid teadlased prootoni, neutroni ja elektroni.

Kuid see ei lõppenud sellega. Tänapäeval teavad kõik, et kui surute need osakesed üksteise sisse sellistes kohtades nagu Large Hadron Collider, võivad need laguneda veelgi väiksemateks osakesteks, nagu kvarkid, leptonid ja isegi antiaine. Probleem on selles, et on võimatu kindlaks teha, milline on väikseim, kuna suurus kvanttasandil muutub ebaoluliseks, samuti ei kehti kõik tavalised füüsikareeglid (mõnel osakesel pole massi ja teistel on isegi negatiivne mass). .

15. Subatomaarsete osakeste vibreerivad stringid

Arvestades eespool öeldut selle kohta, et suuruse mõiste ei oma kvanttasandil tähtsust, võime meenutada stringiteooriat. See on veidi vastuoluline teooria, mis viitab sellele, et kõik subatomaarsed osakesed koosnevad vibreerivatest stringidest, mis interakteeruvad, luues selliseid asju nagu mass ja energia. Seega, kuna neil stringidel ei ole tehniliselt füüsilist suurust, võib väita, et nad on mõnes mõttes universumi "väikseimad" objektid.