Најголемиот нерешен проблем во модерната физика: зошто гравитацијата е толку слаба? Два пристапи кон проблемот на односот помеѓу геометријата и физиката Проблеми на модерната физика том 3

Есеј

во физиката

на тема:

« Проблеми на модерната физика»

Да почнеме со проблемот што сега го привлекува најголемото внимание на физичарите, на кој работат, можеби, најголемиот број истражувачи и истражувачки лаборатории ширум светот - тоа е проблемот на атомското јадро и, особено, како негов најголем релевантен и важен дел - таканаречениот проблем со ураниумот.

Беше можно да се утврди дека атомите се состојат од релативно тешко позитивно наелектризирано јадро опкружено со одреден број електрони. Позитивниот полнеж на јадрото и негативните полнежи на електроните што го опкружуваат се поништуваат еден со друг. Генерално, атомот изгледа неутрален.

Од 1913 година до скоро 1930 година, физичарите внимателно ги проучувале својствата и надворешните манифестации на атмосферата на електроните што го опкружуваат атомското јадро. Овие студии доведоа до единствена, целосна теорија која откри нови закони за движење на електроните во атомот, претходно непознати за нас. Оваа теорија се нарекува квантна, или бранова, теорија на материјата. Подоцна ќе се вратиме на тоа.

Од околу 1930 година, фокусот беше на атомското јадро. Јадрото е од особен интерес за нас бидејќи во него е концентрирана речиси целата маса на атомот. А масата е мерка за енергетската резерва што ја поседува даден систем.

Секој грам од која било супстанција содржи точно позната енергија и, згора на тоа, многу значајна. На пример, една чаша чај тежи приближно 200 g содржи количина на енергија за која би требало да се согорат околу милион тони јаглен за да се добие.

Оваа енергија се наоѓа токму во атомското јадро, бидејќи 0,999 од вкупната енергија, целата маса на телото, е содржана во јадрото и само помалку од 0,001 од вкупната маса може да се припише на енергијата на електроните. Колосалните резерви на енергија лоцирани во јадрата се неспоредливи со сите форма на енергија каква што досега ја познававме.

Секако, надежта за поседување на оваа енергија е примамлива. Но, за да го направите ова, прво треба да го проучите, а потоа да најдете начини да го користите.

Но, покрај тоа, кернелот нè интересира од други причини. Јадрото на атомот целосно ја одредува целата негова природа, ја одредува нејзината Хемиски својстваи неговата личност.

Ако железото се разликува од бакар, од јаглерод, од олово, тогаш оваа разлика лежи токму во атомските јадра, а не во електроните. Сите тела имаат исти електрони, и секој атом може да изгуби дел од своите електрони, до тој степен што сите електрони од атомот можат да се одземат. Сè додека атомското јадро со неговиот позитивен полнеж е недопрено и непроменето, секогаш ќе привлече онолку електрони колку што е потребно за да го компензира својот полнеж. Ако јадрото на среброто има 47 полнежи, тогаш тоа секогаш ќе прикачи 47 електрони за себе. Затоа, додека целим кон јадрото, имаме работа со ист елемент, со иста супстанција. Штом јадрото се промени, еден хемиски елемент станува друг. Само тогаш би се остварил долгогодишниот и одамна напуштен сон за алхемијата - трансформација на некои елементи во други. На модерна сценаисторија, овој сон се оствари, не баш во формите и не со резултатите што ги очекуваа алхемичарите.

Што знаеме за атомското јадро? Јадрото, пак, се состои од уште помали компоненти. Овие компоненти ги претставуваат наједноставните јадра што ни се познати во природата.

Најлесното и затоа наједноставното јадро е јадрото на атомот на водород. Водородот е првиот елемент од периодниот систем со атомска тежина од околу 1. Јадрото на водородот е дел од сите други јадра. Но, од друга страна, лесно е да се види дека сите јадра не можат да се состојат само од јадра на водород, како што претпоставуваше Проут одамна, пред повеќе од 100 години.

Јадрата на атомите имаат одредена маса, која е дадена со атомска тежина, и одреден полнеж. Нуклеарното полнење го одредува бројот што го зафаќа даден елемент ВПериодичен систем на Менделеев.

Водородот во овој систем е првиот елемент: има еден позитивен полнеж и еден електрон. Вториот елемент по ред има јадро со двојно полнење, третиот - со тројно полнење итн. до последниот и најтежок од сите елементи, ураниумот, чие јадро има 92 позитивни полнежи.

Менделеев, систематизирајќи го огромниот експериментален материјал во областа на хемијата, го создаде периодниот систем. Тој, се разбира, во тоа време не се сомневаше во постоењето на јадра, но не мислеше дека редоследот на елементите во системот што го создал се одредува едноставно од полнењето на јадрото и ништо повеќе. Излегува дека овие две карактеристики на атомските јадра - атомска тежина и полнеж - не одговараат на она што би го очекувале врз основа на хипотезата на Проут.

Значи, вториот елемент - хелиумот има атомска тежина од 4. Ако се состои од 4 водородни јадра, тогаш неговиот полнеж треба да биде 4, но во меѓувреме неговиот полнеж е 2, бидејќи е вториот елемент. Така, треба да мислите дека во хелиумот има само 2 водородни јадра. Јадрата на водородот ги нарекуваме протони. Но на Покрај тоа, во јадрото на хелиумот има уште 2 единици на маса кои немаат полнеж. Втората компонента на јадрото мора да се смета за ненаполнето јадро на водород. Мора да правиме разлика помеѓу водородни јадра кои имаат полнеж, или протони, и јадра кои немаат никакво електрично полнење, неутрални, ние ги нарекуваме неутрони.

Сите јадра се составени од протони и неутрони. Хелиумот има 2 протони и 2 неутрони. Азот има 7 протони и 7 неутрони. Кислородот има 8 протони и 8 неутрони, јаглеродот Ц има протони и 6 неутрони.

Но, понатаму оваа едноставност е донекаде нарушена, бројот на неутрони станува се повеќе и повеќе во споредба со бројот на протони, а во последниот елемент - ураниум има 92 полнежи, 92 протони, а неговата атомска тежина е 238. Следствено, друг На 92 протони се додаваат 146 неутрони.

Се разбира, не може да се мисли дека она што го знаеме во 1940 година е веќе исцрпна рефлексија реалниот света различноста завршува со овие честички кои се елементарни во буквална смисла на зборот. Концептот на елементарност значи само одредена фаза во нашето навлегување во длабочините на природата. Меѓутоа, во оваа фаза, составот на атомот го знаеме само до овие елементи.

Оваа едноставна слика всушност не беше толку лесно разбирлива. Моравме да надминеме цела низа тешкотии, цела низа противречности, кои дури и во моментот на нивното идентификување изгледаа безнадежно, но кои, како и секогаш во историјата на науката, се покажаа само различни страни на една поопшта слика. , што беше синтеза на она што изгледаше како контрадикторност и преминавме на следното, подлабоко разбирање на проблемот.

Најважните од овие тешкотии се покажаа следново: на самиот почеток на нашиот век веќе беше познато дека од длабочините на радиоактивни атоми (јадрото сè уште не беше осомничено во тоа време). Се чинеше дека она што лета надвор од атомот е она од што се состои. Следствено, се чинеше дека јадрата на атомите се состојат од јадра на хелиум и електрони.

Заблудата на првиот дел од оваа изјава е јасна: очигледно е дека е невозможно да се состави јадро на водород од четири пати потешки јадра на хелиум: делот не може да биде поголем од целината.

Вториот дел од оваа изјава исто така се покажа како неточен. Електроните навистина се исфрлаат за време на нуклеарните процеси, а сепак нема електрони во јадрата. Се чини дека тука има логична противречност. Дали е така?

Знаеме дека атомите испуштаат светлина, светлосни кванти (фотони).

Зошто овие фотони се складирани во атомот во форма на светлина и чекаат моментот да се ослободи? Очигледно не. Емисијата на светлината ја разбираме на таков начин што електричните полнежи во атомот, движејќи се од една во друга состојба, ослободуваат одредена количина на енергија, која се претвора во форма на зрачна енергија, која се шири низ вселената.

Слични размислувања може да се направат во врска со електронот. Поради повеќе причини, електронот не може да се наоѓа во атомското јадро. Но, не може да се создаде во јадрото, како фотон, бидејќи има негативен електричен полнеж. Цврсто е утврдено дека електричниот полнеж, како и енергијата и материјата воопшто, останува непроменет; вкупната количина на електрична енергија никаде не се создава и никаде не исчезнува. Следствено, ако се однесе негативен полнеж, тогаш јадрото добива еднаков позитивен полнеж. Процесот на емисија на електрони е придружен со промена на полнежот на јадрото. Но, јадрото се состои од протопопи и неутрони, што значи дека еден од ненаполнетите неутрони се претворил во позитивно наелектризиран протон.

Поединечен негативен електрон ниту може да се појави ниту да исчезне. Но, два спротивни полнежи можат, доколку доволно се приближат еден кон друг, да се поништат или дури целосно да исчезнат, ослободувајќи го нивното снабдување со енергија во форма на зрачна енергија (фотони).

Кои се овие позитивни полнежи? Беше можно да се утврди дека, покрај негативните електрони, во природата се забележани и позитивни полнежи кои можат да се создадат со помош на лаборатории и технологија, кои во сите нивни својства: по маса, по големина на полнеж, се сосема конзистентни со електроните, но имаат само позитивен полнеж. Таквото полнење го нарекуваме позитрон.

Така, правиме разлика помеѓу електрони (негативни) и позитрони (позитивни), кои се разликуваат само во спротивниот знак на полнење. Во близина на јадрата, може да се случат и двата процеси на комбинирање на позитрони со електрони и разделување на електрон и позитрон, при што електронот го напушта атомот и позитронот кој влегува во јадрото, претворајќи го неутронот во протон. Истовремено со електронот, заминува и ненаполнета честичка, неутрино.

Забележани се и процеси во јадрото во кои електрон го пренесува своето полнење на јадрото, претворајќи го протонот во неутрон, а позитронот излетува од атомот. Кога електрон се испушта од атом, полнењето на јадрото се зголемува за еден; Кога се емитува позитрон или протон, полнежот и бројот во периодниот систем се намалуваат за една единица.

Сите јадра се изградени од наелектризирани протони и ненаелектризирани неутрони. Прашањето е, со кои сили се задржуваат во атомското јадро, што ги поврзува меѓу себе, што ја одредува изградбата на различни атомски јадра од овие елементи?

Слично прашање за врската помеѓу јадрото и електроните во атомот доби едноставен одговор. Позитивниот полнеж на јадрото привлекува негативни електрони кон себе според основните закони на електричната енергија, исто како што Сонцето ги привлекува Земјата и другите планети кон себе со гравитациони сили. Но, во атомското јадро, еден од составните делови е неутрален. Како се поврзува со позитивно наелектризираниот протон и другите неутрони? Експериментите покажаа дека силите што врзуваат два неутрони се приближно исти по големина како силите што врзуваат неутрон со протон, па дури и 2 протони едни со други. Тоа не се гравитациски сили, не се електрични или магнетни интеракции, туку сили од посебна природа кои произлегуваат од квантната или брановата механика.

Еден од советските научници, И.Е. „Гам претпостави дека врската помеѓу неутронот и протонот е обезбедена од електрични полнежи - електрони и позитрони. Нивната емисија и апсорпција навистина треба да дадат некои сили на поврзување помеѓу протонот и неутронот. Но, како што покажаа пресметките, овие сили се многу пати послаби од оние кои всушност постојат во јадрото и ја обезбедуваат неговата сила.

Тогаш јапонскиот физичар Јукава се обиде да го постави проблемот на овој начин: бидејќи интеракцијата преку електроните и позитроните не е доволна за да се објаснат нуклеарните сили, тогаш кои се честичките што би обезбедиле доволно сили? И тој пресметал дека ако во јадрото се најдат негативни и позитивни честички со маса 200 пати поголема од позитрон и електрон, тогаш овие честички ќе ја дадат правилната релевантност на силите на заемно дејство.

Кратко време подоцна, овие честички биле откриени во космичките зраци, од кои доаѓа светскиот простор, продираат во атмосферата и се забележани и на земјината површина и на височините на Елбрус, па дури и под земја на прилично голема длабочина. Излегува дека космичките зраци, влегувајќи во атмосферата, создаваат негативно и позитивно наелектризирани честички со маса приближно 200 пати поголема од масата на електронот. Овие честички се во исто време 10 пати полесни од протонот и неутронот (кои се околу 2000 пати потешки од електронот). Така, ова се некои честички со „просечна“ тежина. Затоа биле наречени мезотрони, или скратено мезони. Нивното постоење како дел од космичките зраци во земјината атмосфера сега е несомнено.

Истиот И.Е. Там неодамна ги проучува законите за движење на мезоните. Излегува дека тие имаат чудни својства, во многу аспекти не слични на својствата на електроните и позитроните. Врз основа на теоријата за мезоните, тој заедно со Л.Д. Ландау создаде исклучително интересна теорија за формирање на неутрони и протони.

Там и Ландау замислуваат дека неутронот е протон поврзан со негативен мезон. Позитивно наелектризиран протон со негативен електрон формира водороден атом, што ни е добро познато. Но, ако наместо негативен електрон има негативен мезон, честичка 200 пати потешка, со посебни својства, тогаш таквата комбинација зазема многу помалку простор и во сите нејзини својства тесно се совпаѓа со она што го знаеме за неутронот.

Според оваа хипотеза, се верува дека неутронот е протон поврзан со негативен мезон, и обратно, протон е неутрон поврзан со позитивен мезон.

Така, „елементарните“ честички - протони и неутрони - пред нашите очи почнуваат повторно да се одвојуваат и да ја откриваат нивната сложена структура.

Но, можеби уште поинтересно е што таквата теорија повторно не враќа на електричната теорија на материјата, нарушена од појавата на неутроните. Сега повторно може да се тврди дека сите елементи на атомот и неговото јадро што ни се досега познати се во суштина од електрично потекло.

Меѓутоа, не треба да се мисли дека во јадрото едноставно имаме работа со повторување на својствата на истиот атом.

Преминувајќи од искуството акумулирано во астрономијата и механиката до скалата на атомот, до 100 милионити дел од сантиметарот, се наоѓаме во нов свет, каде што се појавуваат досега непознати нови физички својства атомска физика. Овие својства се објаснети со квантната механика.

Сосема е природно да се очекува и, очигледно, искуството веќе ни го покажува тоа, дека кога ќе преминеме во следната фаза, во атомското јадро, а атомското јадро е сè уште 100 илјади пати помало од атомот, тогаш овде откриваме дури и нови, специфични закони нуклеарни процеси кои не се манифестираат забележливо ниту во атомот ниту во големи тела.

Таа квантна механика, која совршено ни ги опишува сите својства на атомските системи, се покажува како недоволна и мора да се дополни и коригира во согласност со појавите што се наоѓаат во атомското јадро.

Секоја таква квантитативна фаза е придружена со манифестација на квалитативно нови својства. Силите што ги поврзуваат протонот и неутронот со мезонот не се сили на електростатско привлекување, туку законите на Кулон, кои го поврзуваат водородното јадро со неговиот електрон, се сили од посложена природа, опишани со теоријата на Там.

Така сега ни се појавува структурата на атомското јадро. Сопружниците Пјер и Марија Кири во 1899 година. го открил радиумот и ги проучувал неговите својства. Но, патот на набљудување, неизбежен во првата фаза, бидејќи немавме друг, е крајно неефикасен пат за развојот на науката.

Брзиот развој е обезбеден со можноста за активно влијание врз предметот што се проучува. Почнавме да го препознаваме атомското јадро кога научивме активно да го менуваме. Ова е смело. пред околу 20 години на познатиот англиски физичар Радерфорд.

Одамна е познато дека кога ќе се сретнат две атомски јадра, може да се очекува јадрата да влијаат едно на друго. Но, како да се спроведе таков состанок? На крајот на краиштата, јадрата се позитивно наелектризирани. Кога се приближуваат еден кон друг, тие се одбиваат, нивните големини се толку мали што одбивните сили достигнуваат огромни магнитуди. Атомската енергија е потребна за да се надминат овие сили и да се принуди едно јадро да се сретне со друго. За да се акумулира таква енергија, неопходно беше да се принудат јадрата да поминат низ потенцијална разлика од редот од 1 милион V. И така, кога во 1930 година беа добиени шупливи цевки, во кои беше можно да се создадат потенцијални разлики од повеќе од 0,5 милиони V, тие веднаш беа искористени за влијание врз атомските јадра.

Мора да се каже дека таквите цевки не се добиени од физиката на атомското јадро, туку од електротехниката во врска со проблемот со пренос на енергија на долги растојанија.

Долгогодишен сон за електротехника со висок напон е преминот од наизменична струја во директна струја. За да го направите ова, треба да бидете во можност да ги конвертирате високонапонските наизменични струи во директни и обратно.

За таа цел, сè уште недостижна, беа создадени цевки во кои јадрата на водород поминаа низ над 0,5 милиони V и добиваа висока кинетичка енергија. Ова техничко достигнување беше веднаш искористено, а во Кембриџ беше направен обид да се насочат овие брзи честички во јадра различни атоми.

Нормално, плашејќи се дека меѓусебното одбивање нема да дозволи јадрата да се сретнат, тие ги земаа јадрата со најмал полнеж. Протонот има најмал полнеж. Затоа, во шуплива цевка, протокот на водородни јадра минувал низ потенцијална разлика до 700 илјади V. Во иднина, дозволете енергијата што ја добива електронот или протонскиот полнеж откако ќе помине 1 V да се нарекува електронволт. Протоните, кои добиваат енергија од околу 0,7 милиони eV, биле насочени кон препарат кој содржи литиум.

Литиумот го зазема третото место во периодниот систем. Неговата атомска тежина е 7; има 3 протони и 4 неутрони. Кога друг протон ќе влезе во јадрото на литиумот и ќе му се придружи, ќе добиеме систем од 4 протони и 4 неутрони, т.е. четвртиот елемент е берилиум со атомска тежина 8. Таквото јадро на берилиум се распаѓа на две половини, од кои секоја има атомска тежина од 4 и полнење 2, т.е. е јадро на хелиум.

Навистина, тоа е она што беше забележано. Кога литиумот бил бомбардиран со протони, јадрата на хелиумот биле исфрлени; Покрај тоа, може да се открие дека 2 b-честички со енергија од 8,5 милиони eV секоја летаат во спротивни насоки во исто време.

Можеме да извлечеме два заклучоци од ова искуство. Прво, добивме хелиум од водород и литиум. Второ, откако потрошивме еден протон со енергија од 0,5 милиони eV (а потоа се покажаа доволни 70.000 eV), добивме 2 честички, од кои секоја има 8,5 милиони eV, т.е. 17 милиони еВ.

Затоа, во овој процес извршивме реакција придружена со ослободување на енергија од атомското јадро. Потрошивме само 0,5 милиони еВ, добивме 17 милиони - 35 пати повеќе.

Но, од каде доаѓа оваа енергија? Се разбира, законот за зачувување на енергијата не е прекршен. Како и секогаш, ние се занимаваме со трансформација на еден вид енергија во друг. Искуството покажува дека нема потреба да се бараат мистериозни, сè уште непознати извори.

Веќе видовме дека масата ја мери количината на енергија складирана во телото. Ако ослободиме енергија од 17 милиони eV, тогаш треба да очекуваме дека енергетската резерва во атомите е намалена, па затоа и нивната тежина (маса) е намалена.

Пред судирот, имавме јадро на литиум чија точна атомска тежина е 7,01819 и водород, чија атомска тежина е 1,00813; затоа, пред средбата имаше збир на атомски тежини од 8,02632, а по судирот беа ослободени 2 честички на хелиум, чија атомска тежина беше 4,00389. Ова значи дека две јадра на хелиум имаат атомска тежина од 8,0078. Ако ги споредиме овие бројки, излегува дека наместо збирот на атомските тежини 8,026, останува 8,008; масата се намалила за 0,018 единици.

Оваа маса би требало да дава енергија од 17,25 милиони eV, но всушност се измерени 17,13 милиони.Подобра случајност не можеме да очекуваме.

Можеме ли да кажеме дека го решивме проблемот со алхемијата - трансформирање на еден елемент во друг - и проблемот со добивање енергија од интраатомските резерви?

Ова p е точно и неточно. Погрешно во практична смисла на зборот. На крајот на краиштата, кога зборуваме за можноста за трансформирање на елементите, очекуваме да се добијат такви количини на супстанцијата со кои може да се направи нешто. Истото важи и за енергијата.

Од едно јадро всушност добивме 35 пати повеќе енергија отколку што потрошивме. Но, дали можеме да го направиме овој феномен основа за техничко користење на резервите на интрануклеарна енергија?

За жал не. Од целиот проток на протони, приближно еден од милион ќе наиде на литиумско јадро на патот; 999.999 други протопопови паѓаат во јадрото и ја трошат својата енергија. Факт е дека нашата „артилерија пука“ струи на протони во јадрата на атомите без „нишан“. Затоа од милион само еден ќе падне во јадрото; целокупниот биланс е непрофитабилен. За да се „бомбардира“ јадрото, се користи огромна машина што троши голем број наелектрична енергија, а резултатот се неколку исфрлени атоми, чија енергија не може да се искористи ниту за мала играчка.

Вака стоеја работите пред 9 години. Како се развива понатаму нуклеарна физика? Со откривањето на неутроните, имаме проектил кој може да достигне секое јадро, бидејќи меѓу нив нема одбивни сили. Благодарение на ова, сега е можно да се спроведат реакции низ периодниот систем со помош на неутрони. Не постои ниту еден елемент што не можеме да го трансформираме во друг. Можеме, на пример, да ја претвориме живата во злато, но во незначителни количини. Откриено е дека има многу различни комбинации на протони и неутрони.

Менделеев замислил дека има 92 различни атоми, дека секоја клетка одговара на еден тип на атом.Да ја земеме 17-тата клетка, окупирана од хлор; затоа, хлорот е елемент чие јадро има 17 полнежи; бројот во него може да биде или 18 или 20; сите овие ќе бидат различно конструирани јадра со различна атомска тежина, но бидејќи нивните полнежи се исти, ова се јадра од ист хемиски елемент. Ние ги нарекуваме изотопи на хлор. Хемиски, изотопите не се разликуваат; затоа Менделеев се посомневал во нивното постоење. Бројот на различни јадра е затоа многу поголем од 92. Сега знаеме околу 350 различни стабилни јадра, кои се наоѓаат во 92 ќелии од периодниот систем, и, покрај тоа, околу 250 радиоактивни јадра, кои, кога се распаѓаат, испуштаат зраци - протони, неутрони, позитрони, електрони, г-зраци (фотони) итн.

Покрај оние радиоактивни материи што постојат во природата (ова се најтешките елементи на периодниот систем), сега имаме можност вештачки да произведуваме какви било радиоактивни материи, составени и од лесни атоми и од средни и тешки. Конкретно, можеме да добиеме радиоактивен натриум.Ако јадеме кујнска сол, која содржи радиоактивен натриум, тогаш можеме да го следиме движењето на атоми на радиоактивниот натриум низ телото. Радиоактивните атоми се означени, тие испуштаат зраци кои можеме да ги откриеме и со нивна помош да го следиме патот на дадена супстанција во секој жив организам.

На ист начин, со внесување на радиоактивни атоми во хемиски соединенија, можеме да ја следиме целата динамика на процесот, кинетиката хемиска реакција. Претходните методи го одредуваа конечниот резултат на реакцијата, но сега можеме да го набљудуваме целиот нејзин тек.

Ова обезбедува моќна алатка за понатамошни истражувања во областа на хемијата, биологијата и геологијата; во земјоделството ќе може да се следи движењето на влагата во почвата, движењето хранливи материи, по нивното преминување кон корените на растенијата итн. Она што до сега не можевме директно да го видиме, станува достапно.

Да се ​​вратиме на прашањето дали е можно да се добие енергија од интрануклеарни резерви?

Пред две години се чинеше како безнадежна задача. Точно, беше јасно дека надвор од границите на она што беше познато пред две години имаше огромна област на непознатото, но

Не видовме конкретни начини за користење на нуклеарната енергија.

На крајот на декември 1938 година, беше откриен феномен кој целосно ја промени ситуацијата на прашањето. Ова е феноменот на распаѓање на ураниумот.

Распаѓањето на ураниумот остро се разликува од другите претходно познати процеси на радиоактивно распаѓање, во кои некои честички - протон, позитрон, електрон - излетуваат од јадрото. Кога неутрон удира во јадро на ураниум, може да се каже дека јадрото се распаѓа на 2 дела. Во текот на овој процес, како што се испоставува, уште неколку неутрони се испуштаат од јадрото. И ова води до следниот заклучок.

Замислете дека неутрон влетал во маса на ураниум, се сретнал со некои од неговите јадра, го поделил, ослободувајќи огромна количина енергија, до околу 160 милиони eV, а покрај тоа, летаат и 3 неутрони, кои ќе се сретнат со соседниот ураниум. јадрата, разделувајќи ги, секое повторно ќе ослободи 160 милиони eV и повторно ќе даде 3 неутрони.

Лесно е да се замисли како ќе се развива овој процес. Едно фисирано јадро ќе произведе 3 неутрони. Тие ќе предизвикаат разделување на три нови, од кои секоја ќе даде уште 3, ќе се појават 9, па 27, па 81 итн. неутрони. И за незначителен дел од секундата овој процес ќе се прошири на целата маса на јадра на ураниум.

За да ја споредиме енергијата што се ослободува за време на колапсот на ураниумот со енергиите што ги знаеме, дозволете ми да ја направам оваа споредба. Секој атом на запалива или експлозивна материја ослободува приближно 10 eV енергија, но овде едно јадро ослободува 160 милиони eV. Следствено, овде има 16 милиони пати повеќе енергија отколку што се ослободува експлозив. Тоа значи дека ќе има експлозија чија сила е 16 милиони пати поголема од експлозијата на најмоќниот експлозив.

Често, особено во наше време, како неизбежен резултат на империјалистичката фаза на развој на капитализмот, научни достигнувањасе користи во војна за истребување луѓе. Но, природно е да размислуваме да ги користиме за доброто на човекот.

Ваквите концентрирани резерви на енергија може да се користат како движечка сила за целата наша технологија. Како да го направите ова, се разбира, е сосема нејасна задача. Новите извори на енергија немаат готова технологија. Ќе мораме повторно да го создадеме. Но, пред сè, треба да научите како да произведувате енергија. Сè уште има непремостени тешкотии на патот до ова.

Ураниумот е на 92-то место на периодниот систем, има 92 полнења, но има неколку изотопи. Едниот има атомска тежина од 238, другиот - 234, третиот - 235. Од сите овие различни ураниуми, лавина енергија може да се развие само во ураниум 235, но само 0,7% од него · Речиси 99% е ураниум-238, кој има својство да пресретнува неутрони на патот. Неутронот испуштен од јадрото на ураниум-235 пред да достигне друго јадро на ураниум-235 ќе биде пресретнат од јадрото на ураниум-238. Лавината нема да расте. Но, таквата задача не може лесно да се напушти. Еден излез е да се произведе ураниум кој содржи речиси само ураниум-235.

Сепак, досега беше можно да се одвојат изотопи само во количества фракции од милиграм, а за да се изврши лавина треба да имате неколку тони ураниум-235. Од делови од милиграм до неколку тони, патеката е толку далеку што изгледа како научна фантастика и не е вистинска задача. Но, дури и ако моментално не знаеме за евтини и широко распространети средства за одвојување на изотопи, тоа не значи дека сите патишта до ова се затворени. Затоа, и советските и странските научници сега вредно работат на методите за сепарација на изотопи.

Но, можен е и друг начин на мешање на ураниум со супстанца која малку апсорбира, но силно ги расфрла и забавува неутроните. Факт е дека бавни неутрони, разделувајќи ураниум-235, не се задржуваат од ураниум-238. Позиција во овој моменте дека едноставниот пристап не води до целта, но сепак има различни можности, многу сложени, тешки, но не и безнадежни. Ако една од овие патеки водеше до целта, тогаш, се претпоставува, ќе создаде револуција во целата технологија, која по своето значење ќе го надмине доаѓањето на парната машина и електричната енергија.

Затоа, нема причина да веруваме дека проблемот е решен, дека сè што треба да направиме е да научиме да користиме енергија и целата стара технологија може да се фрли во ѓубре. Ништо вакво. Прво, сè уште не знаеме како да извлечеме енергија од ураниум, и, второ, ако може да се извлече p, тогаш неговото користење би барало многу време и труд. Бидејќи овие колосални резерви на енергија постојат во јадрата, може да се помисли дека порано или подоцна ќе се најдат начини за нивно користење.

На патот кон проучување на проблемот со ураниумот, во Унијата е направена исклучително интересна студија. Ова е дело на двајца млади советски научници - членот на Комсомол Флеров и младиот Советски физичарПјетржак. Додека го проучувале феноменот на фисија на ураниум, забележале дека ураниумот сам се распаѓа без никакво надворешно влијание. Па 10 милиони алфа зраци што ги испушта ураниумот, само 6 одговараат на фрагменти од неговото распаѓање. Беше можно да се забележат овие 0 честички меѓу 10 милиони други само со големо набљудување и извонредна експериментална уметност.

Двајца млади физичари создадоа опрема која беше 40 пати почувствителна од било што досега познато, а во исто време толку точна што можеа со сигурност да им доделат вистинска вредност на овие 6 точки од 10 милиони. Потоа последователно И Тие систематски ги проверуваа своите заклучоци и цврсто го утврдија новиот феномен на спонтано распаѓање на ураниумот.

Ова дело е извонредно не само по резултатите, по својата упорност, туку и по суптилноста на експериментот, туку и по генијалноста на авторите. Со оглед на тоа дека едниот има 27 години, а другиот 32, тогаш од нив може да очекувате многу. Ова дело беше поднесено за Сталиновата награда.

Феноменот откриен од Флеров и Пиетрзак покажува дека елементот 92 е нестабилен. Точно, ќе бидат потребни 1010 години за да пропадне половина од сите достапни јадра на ураниум. Но, станува јасно зошто периодниот системзавршува со овој елемент.

Потешките елементи ќе бидат уште понестабилни. Тие се уништуваат побрзо и затоа не преживеаја кај нас. Дека е тоа така, повторно е потврдено со директно искуство. Можеме да произведуваме 93 - ти и елементот 94, но тие живеат многу краток живот, помалку од 1000 години.*

Затоа, како што можете да видите, оваа работа е од фундаментално значење. Не само што е откриено нов факт, но една од мистериите на периодичниот систем е разјаснета.

Студијата за атомското јадро отвори перспективи за користење на интраатомски резерви, но досега на технологијата не ѝ даде ништо реално. Се чини дека е така. Но, всушност, целата енергија што ја користиме во технологијата е целата нуклеарна енергија. Всушност, од каде ја добиваме енергијата од јаглен, нафта, каде хидроцентралите ја добиваат својата енергија?

Знаете добро дека енергијата на сончевите зраци, апсорбирана од зелените лисја на растенијата, се складира во форма на јаглен, сончевите зраци, испарувачка вода, подигнете ја и истурете ја во форма на дожд на височините, во форма на планински реки тие доставуваат енергија до хидроелектричните станици.

Сите видови на енергија што ги користиме се добиваат од Сонцето. Сонцето испушта огромно количество енергија не само кон Земјата, туку и во сите правци и имаме причина да мислиме дека Сонцето постои стотици милијарди години. Ако пресметате колку енергија е емитирана во ова време, се поставува прашањето - од каде доаѓа оваа енергија, каде е нејзиниот извор?

Сè што можевме да смислиме претходно се покажа како недоволно и дури сега се чини дека го добивме вистинскиот одговор. Изворот на енергија не само од Сонцето, туку и од другите ѕвезди (нашето Сонце не се разликува од другите ѕвезди во овој поглед) се нуклеарните реакции. Во центарот на ѕвездата, благодарение на силите на гравитација, има колосален притисок и многу висока температура - 20 милиони степени. Во такви услови, јадрата на атомите често се судираат едни со други, а при овие судири се случуваат нуклеарни реакции, чиј пример е бомбардирањето на литиум со протони.

Водородното јадро се судира со јаглеродното јадро со атомска тежина 12, при што се произведува азот 13, кој се претвора во јаглерод 13, испуштајќи позитивен позитрон. Тогаш новиот јаглерод 13 се судира со друго водородно јадро итн. Она со што завршувате е истиот јаглерод 12 што ги започна работите. Јаглеродот овде поминувал само низ различни фази и учествувал само како катализатор. Но, наместо 4 водородни јадра, на крајот од реакцијата се појави ново јадро на хелиум и два дополнителни позитивни полнежи.

Внатре во сите ѕвезди, расположливите резерви на водород преку такви реакции се претвораат во хелиум и тука јадрата стануваат посложени. Од наједноставните водородни јадра се формира следниот елемент- хелиум. Количината на енергија што се ослободува во овој случај, како што покажуваат пресметките, точно одговара на енергијата што ја емитува ѕвездата. Затоа ѕвездите не се ладат. Тие постојано го надополнуваат снабдувањето со енергија, се разбира, се додека има залихи со водород.

Во распаѓањето на ураниумот, имаме работа со колапс на тешки јадра и нивна трансформација во многу полесни.

Така, во циклусот на природните појави гледаме две екстремни врски - најтешките се распаѓаат, најлесните се обединуваат, се разбира, под сосема различни услови.

Тука го направивме првиот чекор кон проблемот на еволуцијата на елементите.

Гледате дека наместо термалната смрт, која ја предвидела физиката од минатиот век, предвидела, како што истакна Енгелс, без доволно основа, врз основа само на законите на топлинските феномени, по 80 години се појавиле многу помоќни процеси кои укажуваат на ни е некој вид на енергетски циклус во природата, до тоа што на некои места има компликација, а на други места распаѓање на материјата.

Сега да преминеме од атомското јадро до неговата обвивка, а потоа до големи тела што се состојат од огромен број атоми.

Кога првпат дознаа дека атомот се состои од јадро од p електрони, електроните се чинеше дека се најелементарни, наједноставни од сите формации. Тоа беа негативни електрични полнежи, чија маса и полнеж беа познати. Забележете дека масата не значи количината на материја, но количината на енергија која супстанцијата ја поседува.

Значи, го знаевме полнежот на електронот, ја знаевме неговата маса, и бидејќи не знаевме ништо друго за него, се чинеше дека нема што да знаеме повеќе. За да му се припише распределена форма, кубна, издолжена или рамна, требаше да има некои причини, но немаше причини. Затоа, се сметаше за топка со димензии 2 x 10"" 2 cm. Не беше јасно како се наоѓа ова полнење: на површината на топката или го пополнува нејзиниот волумен?

Кога всушност дојдовме блиску до електроните во атомот и почнавме да ги проучуваме нивните својства, оваа очигледна едноставност почна да исчезнува.

Сите ја прочитавме прекрасната книга на Ленин „Материјализам и емпирио-критика“, напишана во 1908 година, т.е. во време кога електроните се чинеше дека се наједноставните и најнеделивите елементарни полнежи. Тогаш Ленин истакна дека електронот не може да биде последниот елемент во нашето познавање на природата, дека во електронот, со текот на времето, ќе се открие нова сорта, непозната за нас и тогаш. Ова предвидување, како и сите други предвидувања направени од В.И. Ленин во оваа прекрасна книга веќе се оправда. Електронот има магнетен момент. Се испостави дека електронот не е само полнење, туку и магнет. Утврдено е и дека има ротационен момент, т.н. Понатаму, се покажа дека иако електронот се движи околу јадрото, како планетите околу Сонцето, но, за разлика од планетите, тој може да се движи само по добро дефинирани квантни орбити, може да има добро дефинирани енергии и нема средни.

Ова се покажа како резултат на фактот дека самото движење на електроните во атомот многу нејасно наликува на движењето на топката во неговата орбита. Законите за движење на електроните се поблиску до законите за ширење на брановите, како што се светлосните бранови.

Движењето на електроните, се испоставува, ги почитува законите за движење на брановите, кои ја сочинуваат содржината на брановата механика. Го опфаќа не само движењето на електроните, туку и сите видови прилично мали честички.

Веќе видовме дека електрон со мала маса може да се претвори во мезон со маса 200 пати поголема и, обратно, мезонот се распаѓа и се појавува електрон со маса 200 пати помала. Гледате дека едноставноста на електронот исчезна.

Ако еден електрон може да биде во две состојби: со мала и со висока енергија, тогаш тоа не е толку едноставно тело. Следствено, едноставноста на електронот во 1908 година беше очигледна едноставност, што ја одразува нецелосноста на нашето знаење. Ова е интересно како еден од примерите на брилијантната предвидливост на правилната научна филозофија изразена од таков извонреден мајстор кој го совладал дијалектичкиот метод како Ленин.

Но, дали законите за движење на електроните во атом со големина од 100 милионити дел од сантиметарот имаат практично значење?

На ова одговара создадениот за последните годиниелектронска оптика. Бидејќи движењето на електронот се случува според законите за ширење на светлосните бранови, електронските текови треба да се шират приближно на ист начин како и светлосните зраци. Навистина, таквите својства беа откриени во електродите.

На овој пат, во последниве години беше можно да се реши многу важен практичен проблем - да се создаде електронски микроскоп. Оптичкиот микроскоп му даде на човекот резултат од огромно значење. Доволно е да се потсетиме дека целокупното учење за микробите и болестите што тие ги предизвикуваат, сите методи на нивното лекување се засноваат на оние факти кои можат да се забележат под микроскоп. Во последниве години, се појавија голем број причини да се верува дека микробите не се ограничени само на органски светдека има некои живи формации, чија големина е многу помала од микробите. И токму тука наидовме на една навидум непремостлива пречка.

Микроскоп користи светлосни бранови. Со помош на светлосни бранови, без разлика каков систем на леќи користиме, невозможно е да се проучуваат објекти кои се многу пати помали од светлосниот бран.

Брановата должина на светлината е многу мала вредност, мерена во десетини од микрон. Микрон е илјадити дел од милиметарот. Ова значи дека вредностите од 0,0002 - 0,0003 mm може да се видат во добар микроскоп, но дури и помали не можат да се видат. Микроскопот е бескорисен овде, но само затоа што не знаеме да правиме добри микроскопи, туку затоа што таква е природата на светлината.

Кој е најдобриот излез? Потребна е светлина со пократка бранова должина. Колку е пократка брановата должина, толку помали објекти можеме да видиме. Цела линијаразумот не натера да помислиме дека постојат мали организми кои се недостапни за микроскопот, а сепак имаат големо значењево растителниот и животинскиот свет, предизвикувајќи голем број на болести. Тоа се таканаречени вируси, филтрибилни и нефилтрирачки. Тие не беа откриени со светлосни бранови.

Протоците на електроните личат на светлосни бранови. Тие можат да се концентрираат на ист начин како светлосни зраци, и создадете целосен изглед на оптика. Тоа се нарекува електронска оптика. Особено, исто така е можно да се имплементира електронски микроскоп, т.е. истиот уред кој ќе создаде силно зголемена слика на мали објекти користејќи електрони. Улогата на очилата ќе ја играат електричните и магнетните полиња, кои делуваат на движењето на електроните, како леќа на светлосните зраци. Но, должината на електронските бранови е 100 пати пократка од светлосните бранови, и затоа, со помош на електронски микроскоп можете да видите тела 100 пати помали, не 10 илјадити дел од милиметарот, туку милионити дел од милиметар и милионити дел. од милиметар е веќе големина на големи молекули.

Втората разлика е во тоа што ја гледаме светлината со нашите очи, но не можеме да видиме електрон. Но, ова не е толку голем дефект. Ако не ги видиме електроните, тогаш јасно се гледаат местата каде што паѓаат. Тие предизвикуваат светење на екранот или поцрнување на фотографската плоча, а ние можеме да проучуваме фотографија од објектот. Електронски микроскопбеше изграден и добивме микроскоп со зголемување не од 2000-3000, туку од 150-200 илјади пати, означувајќи ги објектите 100 пати помали од оние што се достапни за оптички микроскоп. Вирусите веднаш се претворија од хипотеза во факт. Можете да го проучите нивното однесување. Можете дури и да го видите прегледот на сложените молекули. Така, добивме нова моќна алатка за проучување на природата.

Познато е колку е огромна улогата на микроскопот во биологијата, хемијата и медицината. Појавата на ново оружје можеби ќе предизвика уште позначаен чекор напред и ќе ни отвори нови, претходно непознати области. Тешко е да се предвиди што ќе биде откриено во овој свет од милионити дел од милиметарот, но може да се помисли дека е - нова фазаприродните науки, електротехниката и многу други области на знаење.

Како што можете да видите, од прашања теорија на брановипрашање со своите чудни, необични позиции, брзо преминавме на вистински и практично важни резултати.

Електронската оптика се користи не само за создавање нов тип на микроскоп. Неговата вредност расте исклучително брзо. Сепак, ќе се ограничам само на разгледување на пример за неговата примена.

Бидејќи јас зборувам за најмногу современи проблемифизичари, нема да ја образложам теоријата за атомот, која беше завршена во 1930 година: ова е попрво проблем од вчера.

Сега сме заинтересирани за тоа како атомите се комбинираат за да се формираат физички тела, кој може да се мери на вага, се чувствува нивната топлина, големина или цврстина и со кои се занимаваме во животот, во технологијата итн.

Како се манифестираат својствата на атомите кај цврстите материи? Како прво, излегува дека квантните закони кои биле откриени во поединечни атоми ја задржуваат својата целосна применливост на цели тела. И во поединечни атоми и во целото тело, електроните заземаат само добро дефинирани позиции и имаат само одредени, добро дефинирани енергии.

Електронот во атом може да биде само во одредена состојба на движење, а згора на тоа, во секоја таква состојба може да има само еден електрон. Не може да има два електрони во атом кои се во исти состојби. Ова е исто така една од главните одредби на теоријата на атомот.

Значи, кога атомите се комбинираат во огромни количини, се формираат солидна- кристал, тогаш во толку големи тела не може да има два електрони кои би заземале иста состојба.

Ако бројот на состојби на располагање на електроните е точно еднаков на бројот на електрони, тогаш секоја состојба е окупирана од еден електрон и не остануваат слободни состојби. Во такво тело, електроните се врзани. За да почнат да се движат во одредена насока, создавајќи проток на струја, или електрична струја, така што, со други зборови, телото спроведува електрична струја, потребно е електроните да ја променат својата состојба. Претходно тие се движеа надесно, но сега мора да се движат, на пример, налево; Под влијание на електричните сили, енергијата мора да се зголеми. Следствено, состојбата на движење на електронот мора да се промени, а за ова е неопходно да се оди во друга состојба, различна од претходната, но тоа е невозможно, бидејќи сите состојби се веќе зафатени. Нема такви тела електрични својстване покажувај. Тоа се изолатори во кои не може да тече струја и покрај тоа што има огромна количина на електрони.

Земете друг случај. Бројот на слободни места е многу поголем од бројот на електрони лоцирани таму. Тогаш електроните се слободни. Електроните во такво тело, иако ги нема повеќе отколку во изолатор, можат да ги променат своите состојби, слободно да се движат десно или лево, да ја зголемат или намалат својата енергија итн. Таквите тела се метали.

Така, добиваме многу едноставна дефиниција за тоа кои тела спроведуваат електрична струја, а кои се изолатори. Оваа разлика ги опфаќа сите физички и физичко-хемиски карактеристикицврсто тело.

Во метал, енергијата на слободните електрони преовладува над топлинската енергија на неговите атоми. Електроните имаат тенденција да одат во состојба со најниска можна енергија. Ова ги одредува сите својства на металот.

Создавањето хемиски соединенија, на пример водена пареа од водород и кислород, се случува во строго дефинирани соодноси, определени според валентноста - еден атом на кислород се комбинира со два атоми на водород, две валенции на атом на кислород се заситени со две валенции од два атоми на водород.

Но, во метал ситуацијата е поинаква. Легурите на два метали формираат соединенија не кога нивните количини се во однос на нивните валентни, туку кога, на пример, кога односот на бројот на електрони во даден метал со бројот на атомите во овој метал е 21:13. Нема ништо слично на валентноста во овие соединенија; соединенијата се формираат кога електроните добиваат најмалку енергија, така што хемиските соединенија во металите се одредуваат во многу поголема мера од состојбата на електроните отколку од валентните сили на атомите. На ист начин, состојбата на електроните ги одредува сите еластични својства, јачина и оптика на металот.

Покрај два екстремни случаи: метали, чии електрони се слободни и изолатори, во кои сите состојби се полни со електрони и не се забележани промени во нивната дистрибуција, постои и огромна разновидност на тела кои не спроведуваат електрична струја. како и метал, но исто така не го извршуваат целосно. Овие се полупроводници.

Полупроводниците се многу широко и разновидно поле на супстанции. Целиот неоргански дел од природата околу нас, сите минерали, сите овие се полупроводници.

Како се случи целата оваа огромна област на знаење никој да не ја проучува? Поминаа само 10 години откако почнавме да работиме на полупроводници. Зошто? Бидејќи, главно, немаа примена во технологијата. Но, пред околу 10 години, полупроводниците за првпат влегоа во електротехниката и оттогаш тие почнаа да се користат со извонредна брзина во широк спектар на гранки на електротехниката.

Разбирањето на полупроводниците целосно се заснова на самиот квантна теорија, што се покажа како толку плодно во проучувањето на еден атом.

Дозволете ми да ви го свртам вниманието на една интересна страна од овие материјали. Претходно, во оваа форма беше претставено цврсто тело. Атомите се комбинираат во еден систем, не се поврзани случајно, туку секој атом е комбиниран со соседниот атом на такви позиции, на такви растојанија, на кои нивната енергија би била минимална.

Ако ова е точно за еден атом, тогаш важи и за сите други. Затоа, целото тело како целина постојано ги повторува истите распореди на атоми на строго дефинирано растојание едни од други, така што се добива решетка од редовно распоредени атоми. Резултатот е кристал со добро дефинирани рабови и дефинирани агли помеѓу рабовите. Ова е манифестација внатрешен редво распоредот на поединечни атоми.

Сепак, оваа слика е само приближна. Всушност, термичкото движење и реалните услови за раст на кристалите доведуваат до фактот дека поединечните атоми се откинуваат од нивните места на други места, некои од атомите излегуваат и се отстрануваат во животната средина. Тоа се изолирани нарушувања на изолирани места, но тие водат до важни резултати.

Излегува дека е доволно да се зголеми количеството кислород содржано во оксидот на бакар или да се намали количеството на бакар за 1%, така што електричната спроводливост се зголемува милион пати и сите други својства драматично се менуваат. Така, малите промени во структурата на супстанцијата предизвикуваат огромни промени во нејзините својства.

Секако, откако го проучувавме овој феномен, можеме да го искористиме за свесно да ги промениме полупроводниците во насоката што ја посакуваме, да ја промениме нивната електрична спроводливост, топлинските, магнетните и другите својства колку што е потребно за да се реши даден проблем.

Врз основа на квантната теорија и учењето од искуството и од нашата лабораторија и од производствената фабрика, се обидуваме да ги решиме техничките проблеми поврзани со полупроводниците.

Во технологијата, полупроводниците за првпат беа користени во исправувачите на наизменична струја. Ако бакарна плоча се оксидира на висока температура, создавајќи бакар оксид на неа, тогаш таквата плоча има многу интересни својства. Кога струјата поминува во една насока, нејзиниот отпор е мал и се добива значителна струја. Кога струјата поминува низ обратна насокасоздава огромен отпор, а струјата во спротивна насока се покажува како занемарлива.

Овој имот го користел американскиот инженер Грондал за да ја „исправи“ наизменичната струја. Наизменична струјаја менува својата насока 100 пати во секунда; Ако поставите таква плоча на патеката на струјата, тогаш забележлива струја тече само во една насока. Ова е она што ние го нарекуваме тековно исправување.

Во Германија за таа цел почнаа да се користат железни плочи обложени со селен. Резултатите добиени во Америка и Германија беа репродуцирани овде; беше развиена технологија за фабричко производство на сите исправувачи што ги користат американската и германската индустрија. Но, се разбира, ова не беше главната задача. Беше неопходно, користејќи го нашето знаење за полупроводници, да се обидеме да создадеме подобри исправувачи.

Донекаде успеавме. Б.В. Курчатов и Ју.А. Дунаев успеа да создаде нов исправувач кој оди многу подалеку од она што е познато во странската технологија. Исправувач со бакар оксид, кој е плоча со ширина приближно 80 mm и долга 200 mm, исправува струи од редот на 10-15 А.

Бакарот е скап и оскуден материјал, но исправувачите бараат многу, многу тони бакар.

Исправувачот Курчатов е мала алуминиумска чаша во која се истура половина грам бакар сулфид и која се затвора со метален приклучок со мика изолација. Тоа е се. Таквиот исправувач не треба да се загрева во рерните, а исправува струи од редот на 60 А. Леснотијата, практичноста и ниската цена му даваат предност во однос на видовите што постојат во странство.

Во 1932 година, Ланге во Германија забележал дека истиот бакар оксид има својство да создава електрична струја кога е осветлен. Ова е цврста фотоќелија. За разлика од другите, тој создава струја без никакви батерии. Значи добиваме електрична енергијапоради светлина - фотоелектрична машина, но количината на добиена електрична енергија е многу мала. Во овие соларни ќелии, само 0,01-0,02% од светлосната енергија се претвора во енергија електрична струја, но сепак Ланге изградил мал мотор кој ротира доколку е изложен на сонце.

Неколку години подоцна, во Германија беше произведена фотоќелија од селен, која произведува приближно 3-4 пати поголема струја од ќелијата со барен оксид, а коефициентот корисна акцијакоја достигнува 0,1%.

Се обидовме да изградиме уште понапредна фотоќелија, што успеа да го постигне Б.Т. Коломиец и Ју.П. Маслаковец. Нивната фотоќелија произведува струја 60 пати повеќе од оксидот на бакар и 15-20 пати повеќе од селенот. Интересно е и во смисла дека произведува струја од невидливи инфрацрвени зраци. Неговата чувствителност е толку голема што се покажа дека е погодно да се користи за звучно кино наместо типовите фотоелементи што се користеа досега.

Постојните соларни ќелии имаат батерија која создава струја дури и без осветлување; Ова предизвикува често крцкање и бучава во звучникот, расипувајќи го квалитетот на звукот. Нашата фотоќелија не бара никаква батерија, електромоторната сила се создава со осветлување; Ако нема светлина, тогаш струјата нема од каде да доаѓа. Затоа, звучните инсталации напојувани од овие фотоелементи произведуваат јасен звук. Инсталирањето е погодно и на други начини. Бидејќи нема батерија, нема потреба да се поврзуваат жици, се елиминираат голем број дополнителни уреди, каскада за засилување фотографии итн.

Очигледно овие фотоелементи нудат некои предности за кино. Околу една година, ваква инсталација функционира во показниот театар во Ленинградската куќа на киното, а сега, по ова, главните кина на Невски Проспект - „Титан“, „Октомври“, „Аурора“ се префрлаат на овие фотоелементи.

Дозволете ми да додадам на овие два примери трет, кој сè уште не е воопшто завршен, - употребата на полупроводници за термоелементи.

Долго време користиме термопарови. Тие се направени од метали за мерење на температурата и енергијата на зрачењето на прозрачните или загреаните тела; но обично струите од овие термоелементи се исклучително слаби, тие се мерат со галванометри. Полупроводниците произведуваат многу поголем EMF од обичните метали, и затоа претставуваат посебни предности за термоелементите кои се далеку од употреба.

Сега се обидуваме да ги искористиме полупроводниците што ги проучуваме за термоелементи и постигнавме одреден успех. Ако ја загреете едната страна од малата плоча што ја направивме за 300-400 °, тоа дава струја од околу 50 А и напон од околу 0,1 V.

Одамна е познато дека од термоелементи може да се добијат високи струи, но во споредба со она што е постигнато во оваа насока во странство, на пример во Германија нашите полупроводници даваат многу повеќе.

Техничкото значење на полупроводниците не е ограничено на овие три примери. Полупроводниците се главните материјали на кои се градат автоматиката, алармните системи, телеконтролата итн. Како што расте автоматизацијата, така се зголемуваат и различните апликации на полупроводниците. Меѓутоа, од овие три примери, ми се чини дека може да се види дека развојот на теоријата се покажува исклучително поволен за пракса.

Но, теоријата доби толку значаен развој само затоа што ја развивме врз основа на решението практични проблеми, држејќи чекор со фабриките. Огромниот обем на техничко производство, итните потреби што ги поставува производството, исклучително ја стимулираат теоретската работа, принудувајќи нè по секоја цена да излеземе од тешкотиите и да ги решиме проблемите што веројатно би биле напуштени без тоа.

Ако немаме технички проблем пред нас, ние, проучувајќи го она што не интересира физички феномен, се обидуваме да го разбереме, тестирајќи ги нашите идеи со лабораториски експерименти; во исто време, понекогаш е можно да се најдат вистинските решенија и да се уверите дека тие се точни. Потоа печатиме научна работа, сметајќи дека неговата задача е завршена. Ако? Секогаш кога некоја теорија не е оправдана или се откриваат нови појави кои не се вклопуваат во неа, ние се обидуваме да ја развиеме и модифицираме теоријата. Не е секогаш можно да се покрие целиот опсег на експериментален материјал. Потоа сметаме дека работата е неуспешна и не го објавуваме нашето истражување. Меѓутоа, честопати во овие појави што не ги разбираме се крие нешто ново што не се вклопува во теоријата, што бара да се напушти и да се замени со сосема поинаков пристап кон прашањето и друга теорија.

Масовното производство не толерира дефекти. Грешката веднаш ќе влијае на појавата на каприци во производството. Сè додека не се разбере некој аспект од работата, техничкиот производ не е добар и не може да се ослободи. Мора да дознаеме сè по секоја цена, да ги покриеме оние процеси кои се уште не се објаснети физичка теорија. Не можеме да застанеме додека не најдеме објаснување, а потоа имаме целосна, многу подлабока теорија.

За спој на теоријата и практиката, за процут на науката, никаде нема толку поволни услови како во првата земја на социјализмот.

Секоја физичка теорија што е во спротивност

човечкото постоење е очигледно лажно.

П. Дејвис

Она што ни треба е дарвинов поглед на физиката, еволутивен поглед на физиката, биолошки поглед на физиката.

I. Пригожин

До 1984 година, повеќето научници веруваа во теоријата суперсиметрија (супергравитација, суперсили) . Нејзината суштина е дека сите честички (честички на материјата, гравитони, фотони, бозони и глуони) - различни типовиедна „суперчестичка“.

Оваа „суперчестичка“ или „суперсила“ со намалување на енергијата ни се појавува во различни облици, како силни и слаби интеракции, како електромагнетни и гравитациона сила. Но, денес експериментот сè уште не ги достигнал енергиите за тестирање на оваа теорија (потребен е циклотрон со големина на Сончевиот систем), но тестирањето на компјутер би траело повеќе од 4 години. С. Вајнберг верува дека физиката навлегува во ера кога експериментите веќе не се способни да фрлат светлина врз фундаменталните проблеми (Дејвис 1989; Хокинг 1990: 134; Налимов 1993: 16).

Во 80-тите станува популарен теорија на струни . Книга со карактеристичен наслов е објавена во 1989 година, уредена од П. Дејвис и Џ. Браун Супержици: Теоријата на сè ? Според теоријата, микрочестичките не се точкасти предмети, туку тенки парчиња врвка, определени според нивната должина и отвореност. Честичките се бранови што се движат по жици, како бранови на јаже. Емисијата на честичка е врска, апсорпцијата на честичка носител е одвојување. Сонцето дејствува на Земјата преку гравитон кој се протега по врвка (Хокинг 1990: 134-137).

Теорија на квантно поле ги ставивме нашите размислувања за природата на материјата во нов контекст и го решивме проблемот со празнината. Таа нè принуди да го префрлиме погледот од она што „може да се види“, односно честичките, на она што е невидливо, односно полето. Присуството на материјата е само возбудена состојба на полето во дадена точка. Доаѓајќи до концептот на квантно поле, физиката го најде одговорот на старото прашање од што се состои материјата - атоми или континуум што лежи во основата на сè. Полето е континуум што го пробива целиот Pr, кој, сепак, има проширена, како „грануларна“ структура во една од нејзините манифестации, односно во форма на честички. Теоријата на квантното поле на модерната физика ги промени идеите за силите и помага во решавањето на проблемите на сингуларноста и празнината:

во субатомската физика нема сили кои дејствуваат на далечина, тие се заменуваат со интеракции помеѓу честичките што се случуваат низ полиња, односно други честички, не сила, туку заемно дејство;

неопходно е да се напушти спротивставувањето меѓу „материјалните“ честички и празнината; честичките се поврзани со Pr и не можат да се разгледуваат изолирано од него; честичките влијаат на структурата на Pr, тие не се независни честички, туку згрутчувања во бесконечно поле што го проникнува целиот Pr;

нашиот универзум е роден од сингуларност, вакуумска нестабилност;

полето постои секогаш и секаде: не може да исчезне. Полето е проводник за сите материјални појави. Ова е „празнината“ од која протонот создава π-мезони. Појавата и исчезнувањето на честичките се само облици на движење на полето. Теоријата на терен вели дека раѓањето на честичките од вакуум и трансформацијата на честичките во вакуум се случуваат постојано. Повеќето физичари сметаат дека откривањето на динамичната суштина и самоорганизацијата на вакуумот е едно од најважните достигнувања на модерната физика (Capra 1994: 191-201).

Но, има и нерешени проблеми: откриена е ултра прецизна самоконзистентност на вакуумските структури, преку која се изразуваат параметрите на микрочестичките. Вакуумските структури мора да се усогласат со 55-то децимално место. Зад ова самоорганизирање на вакуумот стојат закони од нов тип непознати за нас. Антропскиот принцип 35 е последица на ова самоорганизирање, супермоќ.

Теорија на S-матрица ги опишува хадроните, клучниот концепт на теоријата беше предложен од В. Хајзенберг, врз основа на тоа научниците изградија математички модел за опишување на силни интеракции. S-матрицата го добила своето име затоа што целата група хадронски реакции била претставена во форма на бесконечна низа од клетки, која во математиката се нарекува матрица. Од целосното име на оваа матрица е зачувана буквата „S“ - матрица на расејување (Capra 1994: 232-233).

Важна иновација на оваа теорија е тоа што го префрла акцентот од објекти на настани; не се проучуваат честичките, туку реакциите на честичките. Според Хајзенберг, светот не е поделен на различни групи предмети, туку на различни групи на меѓусебни трансформации. Сите честички се сфаќаат како средни чекори во мрежата на реакции. На пример, неутронот се покажува како врска во огромна мрежа на интеракции, мрежа на „преплетување настани“. Интеракциите во таква мрежа не можат да се утврдат со 100% точност. Ним може да им се доделат само веројатни карактеристики.

Во динамичен контекст, неутронот може да се смета како „врзана состојба“ на протонот (p) и пионот () од кој е формиран, како и врзана состојба на честичките  и  кои се формирана како резултат на неговото распаѓање. Хадронските реакции се проток на енергија во кој честичките се појавуваат и „исчезнуваат“ (Капра 1994: 233-249).

Понатамошниот развој на теоријата на S-матрицата доведе до создавање хипотеза за подигање , кој беше изнесен од J. Chu. Според хипотезата за подигање, ниту една од својствата на кој било дел од Универзумот не е фундаментална; сите тие се одредени од својствата на другите делови од мрежата, чија општа структура е одредена од универзалната конзистентност на сите односи.

Оваа теорија ги негира основните ентитети („градежни блокови“ на материјата, константи, закони, равенки); Универзумот се сфаќа како динамична мрежа на меѓусебно поврзани настани.

За разлика од повеќето физичари, Чу не сонува за едно, одлучувачко откритие; тој ја гледа својата задача како полека и постепено да гради мрежа на меѓусебно поврзани концепти, од кои ниту еден не е пофундаментален од другите. Во теоријата на честички на bootstrap не постои континуиран Pr-Vr. Физичката реалност е опишана во смисла на изолирани настани, каузално поврзани, но не вклучени во континуираниот Pr-Vr. Хипотезата за подигање е толку туѓа за традиционалното размислување што е прифатена од малцинство физичари. Повеќето ги бараат основните конституенти на материјата (Capra 1994: 258-277, 1996: 55-57).

Теориите на атомската и субатомската физика ја открија фундаменталната меѓусебна поврзаност на различните аспекти на постоењето на материјата, откривајќи дека енергијата може да се претвори во маса и сугерирајќи дека честичките се процеси, а не предмети.

Иако потрагата по елементарните компоненти на материјата продолжува до ден-денес, во физиката е претставена друга насока, заснована на фактот дека структурата на универзумот не може да се сведе на никакви основни, елементарни, конечни единици (фундаментални полиња, „елементарни“ честички ). Природата треба да се разбере во само-конзистентност. Оваа идеја се појави во согласност со теоријата на S-матрицата, а подоцна ја формираше основата на хипотезата за подигање (Nalimov 1993: 41-42; Capra 1994: 258-259).

Чу се надеваше дека ќе изврши синтеза на принципите на квантната теорија, теоријата на релативност (концептот на макроскопски Pr-Vr), карактеристиките на набљудување и мерење врз основа на логичката кохерентност на неговата теорија. Слична програмаразвиен од D. Bohm и создаден теорија на имплицитна со цел . Тој го воведе терминот ладно движење , кој се користи за означување на основата на материјалните ентитети и ги зема предвид и единството и движењето. Појдовната точка на Бом е концептот на „неделива целост“. Вселенската ткаенина има имплицитен, превиткан ред што може да се опише користејќи аналогија на холограм, во кој секој дел ја содржи целината. Ако го осветлите секој дел од холограмот, целата слика ќе се врати. Некој привид на импликативен ред е заеднички и за свеста и за материјата, така што може да ја олесни комуникацијата меѓу нив. Во свеста, можеби, целиот материјален свет е срушен(Бом 1993: 11; Капра 1996: 56)!

Концептите на Чу и Бом вклучуваат вклучување на свеста во општата поврзаност на сите нешта. Донесени до нивниот логичен заклучок, тие предвидуваат дека постоењето на свеста, заедно со постоењето на сите други аспекти на природата, е неопходно за само-конзистентноста на целината (Capra 1994: 259, 275).

Толку филозофски ум-материја проблем (проблемот на набљудувачот, проблемот на врската помеѓу семантичкиот и физичкиот свет) станува сериозен проблем во физиката, „избегнувајќи“ филозофите, ова може да се процени врз основа на:

оживување на идеите на панпсихизмот во обид да го објасни однесувањето на микрочестичките, R. Feynman пишува 36 дека честичката „одлучува“, „преиспитува“, „шмрка“, „чувствува“, „оди по вистинскиот пат“ (Feynman et al. 1966: 109);

неможноста за одвојување на субјектот и објектот во квантната механика (В. Хајзенберг);

силниот антропски принцип во космологијата, кој претпоставува свесно создавање на животот и човекот (Д. Картер);

хипотези за слаби облици на свест, космичка свест (Налимов 1993: 36-37, 61-64).

Физичарите се обидуваат да ја вклучат свеста во сликата на физичкиот свет. Во книгата на P. Davis, J. Brown Дух во атом зборува за улогата на мерниот процес во квантната механика. Набљудувањето веднаш ја менува состојбата на квантен систем. Промената во менталната состојба на експериментаторот влегува во повратна информација со лабораториска опрема и,  , Со квантен систем, менувајќи ја нејзината состојба. Според J. Jeans, природата и нашиот математички размислувачки ум работат според истите закони. В.В. Налимов наоѓа паралели во описот на два света, физички и семантички:

неотпакувани физички вакуум– можност за спонтано создавање честички;

неотпакуван семантички вакуум – можност за спонтано раѓање на текстови;

распакувањето на вакуумот е раѓање на честички и создавање текстови (Налимов1993:54-61).

В.В. Налимов пишуваше за проблемот на фрагментација на науката. Ќе биде неопходно да се ослободиме од локалитетот на описот на универзумот, во кој научникот станува преокупиран со проучување на одредена појава само во рамките на неговата тесна специјалност. Постојат процеси кои се случуваат на сличен начин на различни нивоа на Универзумот и бараат единствен опис од крај до крај (Налимов 1993: 30).

Но, досега модерната физичка слика на светот е фундаментално нецелосна: најтешкиот проблем во физиката е проблемот на комбинирање на одредени теории, на пример, теоријата на релативност не го вклучува принципот на неизвесност, теоријата на гравитација не е вклучена во теоријата на 3 интеракции, а во хемијата не се зема предвид структурата на атомското јадро.

Не е решен ниту проблемот со комбинирање на 4 типа на интеракции во една теорија. До 30-тите. веруваше дека постојат 2 типа сили на макро ниво - гравитациони и електромагнетни, но откри слаби и силни нуклеарни интеракции. Откриен е светот во протонот и неутронот (прагот на енергија е повисок отколку во центарот на ѕвездите). Дали ќе се откријат други „елементарни“ честички?

Проблемот на обединување на физичките теории е поврзан со проблемот на постигнување високи енергии . Со помош на акцелератори, малку е веројатно дека во догледна иднина ќе биде можно да се изгради мост преку јазот помеѓу енергијата на Планк (повисока од 10 18 гига електрон волти) и она што се постигнува денес во лабораторија во догледна иднина.

Во математичките модели на теоријата на супергравитација, се појавува проблем на бесконечностите . Равенките што го опишуваат однесувањето на микрочестичките даваат бесконечен број. Постои уште еден аспект на овој проблем - старите филозофски прашања: дали светот во Пр-Вр е конечен или бесконечен? Ако Универзумот се шири од сингуларноста на димензиите на Планк, тогаш каде се шири - во празнината или се протега матрицата? Што ја опкружуваше сингуларноста - оваа бескрајно мала точка пред почетокот на инфлацијата или нашиот свет се „одвои“ од Мегаверс?

Во теориите на струни, бесконечностите исто така се зачувани, но се појавуваат проблем на мултидимензионалност Pr-Vr, на пример, електрон е мала вибрирачка низа со должина на Планк во 6-димензионален, па дури и 27-димензионален Pr. Постојат и други теории според кои нашиот Pr всушност не е 3-димензионален, туку, на пример, 10-димензионален. Се претпоставува дека во сите правци освен 3 (x, y, z), Pr е, како што беше, навиен во многу тенка цевка, „набиена“. Затоа, можеме да се движиме само во 3 различни, независни насоки, а Pr ни се чини дека е 3-димензионален. Но, зошто, ако има други мерки, беа распоредени само 3 PR и 1 VR мерка? С. Хокинг го илустрира патувањето во различни димензии со примерот на крофна: 2-димензионалната патека по површината на крофната е подолга од патеката низ третата, волуметриска димензија (Linde 1987: 5; Hawking 1990: 138).

Друг аспект на проблемот на мултидимензионалноста е проблемот на другите, не еднодимензионални светови за нас. Дали постојат паралелни универзуми 37 кои не се еднодимензионални за нас и, конечно, дали може да има други форми на живот и интелигенција кои не се еднодимензионални за нас? Теоријата на струни дозволува постоење на други светови во Универзумот, постоење на 10 или 26-димензионални Pr-Vr. Но, ако има други мерки, зошто не ги забележуваме?

Во физиката и низ науката се јавува проблемот на создавање на универзален јазик : Нашите обични концепти не можат да се применат на структурата на атомот. Во апстрактниот вештачки јазик на физиката, математиката, процесите, обрасците на модерната физика Несе опишани. Што значат карактеристиките на честичките како „шармирани“ или „чудни“ вкусови на кваркови или „шизоидни“ честички? Ова е еден од заклучоците на книгата Тао на физиката Ф. Капра. Кој е излезот: да се вратиме на агностицизмот, источната мистична филозофија?

Хајзенберг верувал: математичките шеми посоодветно го рефлектираат експериментот отколку вештачкиот јазик; обичните концепти не можат да се применат на структурата на атомот; Борн пишувал за проблемот на симболите за одразување на реалните процеси (Хајзенберг 1989: 104-117).

Можеби обидете се да ја пресметате основната матрица на природниот јазик (нешто - врска - својство и атрибут), нешто што ќе биде непроменливо за какви било артикулации и, без да ја критикувате различноста на вештачките јазици, обидете се да „присилите“ да зборувате еден заеднички природен јазик. ? Стратешката улога на синергетиката и филозофијата во решавањето на проблемот со создавање на универзален јазик на науката се дискутира во статијата Дијалектичка филозофија и синергетика (Федорович 2001: 180-211).

Создавањето унифицирана физичка теорија и теорија за човечката енергија, унифицирано Е на човекот и природата е исклучително предизвикувачка задачанауки. Едно од најважните прашања на модерната филозофија на науката е: дали нашата иднина е однапред одредена и која е нашата улога? Ако сме дел од природата, дали можеме да играме некаква улога во обликувањето на светот што е во изградба?

Ако Универзумот е еден, тогаш дали може да има обединета теорија на реалноста? С. Хокинг разгледува 3 опции за одговор.

Постои обединета теорија и ние ќе ја создадеме некогаш. I. Њутн мислеше така; М. Роден во 1928 година, откако П. Дирак ја откри равенката за електронот, напиша: физиката ќе заврши за шест месеци.

Теориите постојано се усовршуваат и подобруваат. Од гледна точка на еволутивната епистемологија, научниот напредок– подобрување на когнитивната компетентност вид хомоСапиенс (К. Халвег). Сите научни концептиа теориите се само приближување на вистинската природа на реалноста, значајни само за одреден опсег на појави. Е научни сознанијаима низа модели, но ниту еден модел не е конечен.

Парадоксот на еволутивната слика на светот сè уште не е решен: надолната насока на Е во физиката и нагорниот тренд на сложеност во биологијата. Некомпатибилноста на физиката и биологијата е откриена во 19 век; денес постои можност да се реши судирот физика-биологија: еволутивно разгледување на универзумот како целина, превод на еволутивниот пристап во физика (Стопин, Кузнецова 1994: 197 -198; Казен 2000).

I. Prigogine, кого Е. Тофлер во предговорот на книгата Нарачајте од хаосот наречен Њутн од дваесеттиот век, во едно од неговите интервјуа зборуваше за потребата од воведување на идеите за неповратност и историја во физиката. Класичната наука опишува стабилност, рамнотежа, но има и друг свет - нестабилен, еволутивен, потребни ни се други зборови, различна терминологија, која не постоела во времето на Њутн. Но, и по Њутн и Ајнштајн, немаме јасна формула за суштината на светот. Природата е многу сложен феномен и ние сме составен дел од природата, дел од Универзумот, кој е во постојан саморазвивање (Horgan 2001: 351).

Можни изгледи за развој на физиката следново: завршување на изградбата на унифицирана физичка теорија која ја опишува 3-димензионалната физичкиот свети пенетрација во други димензии Pr-Vr; проучување на новите својства на материјата, видови на зрачење, енергија и брзини кои ја надминуваат брзината на светлината (торзионо зрачење) и откривање на можноста за моментално движење во Метагалаксијата (голем број теоретски работи покажаа можност за постоење на тополошки тунели што ги поврзуваат сите региони на Метагалаксија, МВ); воспоставување врска помеѓу физичкиот свет и семантичкиот свет, што се обиде да го направи В.В. Налимов (Гиндилис 2001: 143-145).

Но, главната работа што треба да ја направат физичарите е да ја вклучат еволутивната идеја во нивните теории. Во физиката од втората половина на дваесеттиот век. се воспоставува разбирање на сложеноста на микро и мега-световите. Идејата за Е физичкиот универзум исто така се менува: нема постоечко без да настане . Д. Хорган ги цитира следните зборови од И. Пригожин: ние не сме татковци на времето. Ние сме деца на времето. Се појавивме како резултат на еволуцијата. Она што треба да го направиме е да ги вклучиме еволутивните модели во нашите описи. Она што ни треба е дарвинов поглед на физиката, еволутивен поглед на физиката, биолошки поглед на физиката (Prigogine 1985; Horgan 2001: 353).

• Превод

Нашиот стандарден модел елементарни честичкиа интеракциите неодамна станаа целосни колку што може да се посака. Секоја елементарна честичка - во сите нејзини можни форми - била создадена во лабораторија, измерена и утврдени нивните својства. Најдолготрајните, врвниот кварк, антикваркот, тау-неутриното и антинеутриното, и конечно Хигсовиот бозон, станаа жртви на нашите способности.

А вториот - Хигсовиот бозон - исто така реши еден стар проблем во физиката: конечно, можеме да покажеме од каде елементарните честички ја добиваат својата маса!

Сето ова е одлично, но науката не завршува кога ќе завршите со решавање на оваа загатка. Напротив, покренува важни прашања, а едно од нив е „што понатаму? Во однос на Стандардниот модел, можеме да кажеме дека сè уште не знаеме сè. И за повеќето физичари, едно прашање е особено важно - за да го опишеме, прво да го разгледаме следново својство на Стандардниот модел.

Од една страна, слабите, електромагнетните и силните сили можат да бидат многу важни, во зависност од нивните енергии и растојанијата на кои се случува интеракцијата. Но, тоа не е случај со гравитацијата.

Можеме да земеме било кои две елементарни честички - со која било маса и подложни на какви било интеракции - и да откриеме дека гравитацијата е 40 реда по големина послаба од која било друга сила во Универзумот. Ова значи дека силата на гравитацијата е 10 40 пати послаба од трите преостанати сили. На пример, иако тие не се фундаментални, ако земете два протони и ги разделите за еден метар, електромагнетната одбивност меѓу нив ќе биде 10 40 пати посилна од гравитациската привлечност. Или, со други зборови, треба да ја зголемиме силата на гравитација за фактор од 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 за да се изедначи со која било друга сила.

Во овој случај, не можете едноставно да ја зголемите масата на протонот за 10 20 пати, така што гравитацијата ги повлекува заедно, надминувајќи ја електромагнетната сила.

Наместо тоа, со цел реакциите како оваа илустрирана погоре да се појават спонтано кога протоните ќе ја надминат својата електромагнетна одбивност, треба да соберете 10 56 протони. Само со здружување и потклекнување на силата на гравитацијата тие можат да го надминат електромагнетизмот. Излегува дека 10 56 протони ја сочинуваат минималната можна маса на ѕвезда.

Ова е опис на тоа како функционира Универзумот - но не знаеме зошто функционира така како што работи. Зошто гравитацијата е толку многу послаба од другите интеракции? Зошто „гравитациониот полнеж“ (т.е. масата) е толку многу послаб од електричниот или бојата, па дури и слаб?

Ова е проблемот на хиерархијата, и тоа е, од многу причини, најголемиот нерешен проблем во физиката. Не го знаеме одговорот, но не можеме да кажеме дека сме целосно неуки. Теоретски, имаме неколку добри идеи за изнаоѓање решение и алатка за наоѓање докази за нивната исправност.

Досега, Големиот хадронски судирач - судирот со највисока енергија - достигна невидени нивоа на енергија во лабораторија, собрал куп податоци и го реконструирал она што се случило на точките на судир. Ова го вклучува создавањето на нови, досега невидени честички (како Хигсовиот бозон) и појавата на старите, за сите познати честичкиСтандарден модел (кваркови, лептони, мерач бозони). Тој исто така е способен, доколку постојат, да произведе други честички кои не се вклучени во Стандардниот модел.

Постојат четири можни начини за кои знам - т.е. четири добри идеи - да се реши проблемот со хиерархијата. Добрата вест е дека ако природата избрала еден од нив, LHC ќе го најде! (А ако не, потрагата ќе продолжи).

Освен Хигсовиот бозон, пронајден пред неколку години, во LHC не се пронајдени нови фундаментални честички. (Покрај тоа, воопшто не се забележани нови интригантни кандидати за честички). А сепак, пронајдената честичка целосно одговараше на описот на Стандардниот модел; не беа забележани статистички значајни навестувања за нова физика. Не за композитни Хигсови бозони, за повеќе Хигсови честички, за нестандардни распаѓања, ништо слично.

Но, сега почнавме да добиваме податоци од уште повисоки енергии, двојно повеќе од претходните, до 13-14 TeV, за да најдеме нешто друго. А кои се можните и разумни решенијаПроблеми со хиерархијата?

1) Суперсиметрија или SUSY. Суперсиметријата е посебна симетрија која може да предизвика нормалните маси на честичките доволно големи за гравитацијата да биде споредлива со другите влијанија за да се поништуваат едни со други со висок степен на прецизност. Оваа симетрија, исто така, сугерира дека секоја честичка во стандардниот модел има партнер на суперчестички и дека има пет Хигсови честички и нивните пет суперпартнери. Ако постои таква симетрија, таа мора да се прекине, или суперпартнерите би имале исти маси како обичните честички и би биле пронајдени одамна.

Ако SUSY постои на скала погодна за решавање на хиерархискиот проблем, тогаш LHC, достигнувајќи енергии од 14 TeV, треба да најде барем еден суперпартнер, како и втора Хигсова честичка. Во спротивно, постоењето на многу тешки суперпартнери само по себе ќе доведе до друг хиерархиски проблем кој нема да има добро решение. (Интересно е што отсуството на SUSY честички во сите енергии би ја побило теоријата на струни, бидејќи суперсиметријата е неопходен услов за теориите на струните кои го содржат стандардниот модел на елементарни честички).

Еве го првото можно решение за проблемот со хиерархијата, за кој моментално нема докази.

Можно е да се создадат ситни супер-ладени загради исполнети со пиезоелектрични кристали (кои произведуваат електрична енергија кога се деформираат), со растојанија меѓу нив. Оваа технологија ни овозможува да наметнеме ограничувања од 5-10 микрони на „големите“ мерења. Со други зборови, гравитацијата работи според предвидувањата на општата релативност на скали многу помали од милиметар. Значи, ако има големи дополнителни димензии, тие се на нивоа на енергија недостапни за LHC и, уште поважно, не го решаваат проблемот со хиерархијата.

Се разбира, за проблемот со хиерархијата може да има сосема поинакво решение што не може да се најде на современите колајдери, или воопшто нема решение; тоа едноставно може да биде својство на природата без никакво објаснување за тоа. Но, науката нема да напредува без обид, и тоа е она што овие идеи и потраги се обидуваат да го направат: да го поттикнат нашето знаење за универзумот напред. И, како и секогаш, со почетокот на втората серија на LHC, со нетрпение очекувам да видам што може да се појави таму, покрај веќе откриениот Хигсов бозон!

Тагови:

• гравитација
• фундаментални интеракции
• резервоарот

Подолу е листа нерешени проблеми на модерната физика. Некои од овие проблеми се теоретски. Тоа значи дека постоечките теории не се во состојба да објаснат одредени набљудувани појави или експериментални резултати. Другите проблеми се експериментални, што значи дека има потешкотии во создавањето експеримент за тестирање на предложената теорија или подетално проучување на феномен. Следниве проблеми се или фундаментални теоретски проблеми или теоретски идеи за кои не постојат експериментални докази. Некои од овие проблеми се тесно поврзани. На пример, дополнителни димензии или суперсиметрија може да го решат проблемот со хиерархијата. Се верува дека целосната теорија на квантната гравитација е способна да одговори на повеќето од наведените прашања (освен проблемот на островот на стабилност).

• 1. Квантна гравитација.Дали е можно за квантната механика и општа теоријарелативноста да се комбинира во единствена самоконзистентна теорија (можеби теорија на квантно поле)? Дали простор-времето е континуирано или е дискретно? Дали само-конзистентната теорија ќе користи хипотетички гравитон или ќе биде целосно производ на дискретната структура на време-просторот (како во јамката квантна гравитација)? Дали има отстапувања од предвидувањата на општата релативност за многу мали или многу големи размери или други екстремни околности кои произлегуваат од теоријата на квантната гравитација?
• 2. Црни дупки, исчезнување на информации во црна дупка, Хокинг зрачење.Дали црните дупки произведуваат топлинско зрачење како што предвидува теоријата? Дали ова зрачење содржи информации за нивната внатрешна структура, како што е предложено од двојноста на непроменливоста на мерачот на гравитацијата, или не, како што се подразбира од оригиналната пресметка на Хокинг? Ако не, и црните дупки можат континуирано да испаруваат, тогаш што се случува со информациите складирани во нив (квантната механика не предвидува уништување на информациите)? Или зрачењето ќе престане во одреден момент кога Црна дупкамалку остана? Дали постои некој друг начин да се проучи нивната внатрешна структура, ако воопшто постои таква структура? Дали е точно законот за зачувување на барионскиот полнеж во црна дупка? Доказот за принципот на космичка цензура, како и точната формулација на условите под кои таа се исполнува, е непознат. Не постои целосна и целосна теорија за магнетосферата на црните дупки. Точната формула за пресметување на бројот на различни состојби на системот, чиешто колапс доведува до појава на црна дупка со дадена маса, аголен импулс и полнеж, е непозната. Не постои познат доказ во општиот случај на „теорема без коса“ за црна дупка.
• 3. Димензии на простор-време.Дали има дополнителни димензии на простор-време во природата покрај четирите што ги знаеме? Ако да, колкав е нивниот број? Дали димензијата „3+1“ (или повисока) е априори својство на Универзумот или е резултат на други физички процеси, како што е предложено, на пример, со теоријата на причинска динамичка триангулација? Можеме ли експериментално да „набљудуваме“ повисоки просторни димензии? Дали е точно холографскиот принцип, според кој физиката на нашето „3+1“-димензионално простор-време е еквивалентно на физиката на хиперповршина со димензија „2+1“?
• 4. Инфлациски модел на универзумот.Дали е вистина теоријата за космичка инфлација, и ако е така, кои се деталите за оваа фаза? Кое е хипотетичкото поле на инфлатон одговорно за зголемената инфлација? Ако инфлацијата се случила во еден момент, дали ова е почеток на самоодржлив процес поради надувување на квантно механички осцилации, кои ќе продолжат на сосема друго место, оддалечено од оваа точка?
• 5. Мултиверзум.Дали постојат физички причини за постоење на други универзуми кои се фундаментално незабележливи? На пример: дали има квантно механички „алтернативни истории“ или „многу светови“? Дали има „други“ универзуми со физичките закони, кои произлегуваат од алтернативни начини за прекинување на очигледната симетрија на физичките сили при високи енергии, лоцирани можеби неверојатно далеку поради космичката инфлација? Дали другите универзуми би можеле да влијаат на нашиот, предизвикувајќи, на пример, аномалии во температурната распределба на космичкото микробранова позадинско зрачење? Дали е оправдано да се користи антропскиот принцип за решавање на глобалните космолошки дилеми?
• 6. Принципот на космичка цензура и хипотезата за хронолошка заштита.Дали сингуларитетите кои не се скриени зад хоризонтот на настани, познати како „голи сингуларитети“, можат да произлезат од реални почетни услови или може да се докаже некоја верзија на „хипотезата за космичка цензура“ на Роџер Пенроуз која сугерира дека тоа е невозможно? Неодамна, се појавија факти во прилог на недоследноста на хипотезата за космичка цензура, што значи дека голите сингуларитети треба да се случуваат многу почесто отколку само како екстремни решенија на равенките Кер-Њуман, но сепак, убедлив доказ за тоа сè уште не е претставен. Исто така, ќе има затворени временски криви што се појавуваат во некои решенија на равенките на општата релативност (и кои подразбираат можност за патување низ времето наназад) исклучени со теоријата на квантната гравитација, која ја обединува општата релативност со квантната механика, како што е предложено од Стивен „Хронолошка заштитна претпоставка“ Хокинг?
• 7. Временска оска.Што можат да ни кажат за природата на времето појавите кои се разликуваат едни од други со движење напред и назад во времето? Како времето се разликува од просторот? Зошто прекршувањата на КП се забележани само во некои слаби интеракции и никаде на друго место? Дали прекршувањата на непроменливоста на КП се последица на вториот закон на термодинамиката или се посебна оска на времето? Дали има исклучоци од принципот на каузалност? Дали минатото е единственото можно? Дали сегашниот момент физички се разликува од минатото и иднината или едноставно е резултат на карактеристиките на свеста? Како луѓето научиле да преговараат што е сегашниот момент? (Видете исто така подолу Ентропија (временска оска)).
• 8. Локалитет.Дали има нелокални феномени во квантната физика? Доколку постојат, дали имаат ограничувања во преносот на информации или: дали енергијата и материјата можат да се движат по нелокален пат? Под кои услови се забележуваат нелокални појави? Што значи присуството или отсуството на нелокални појави за основната структура на простор-времето? Како се поврзува ова со квантната заплетка? Како може ова да се толкува од гледна точка на правилно толкување на основната природа на квантната физика?
• 9. Иднината на универзумот.Дали Универзумот се движи кон големо замрзнување, големо рипување, големо крцкање или големо отскокнување? Дали нашиот Универзум е дел од циклична шема која бескрајно се повторува?
• 10. Проблемот на хиерархијата.Зошто гравитацијата е толку слаба сила? Тој станува голем само на Планковата скала, за честички со енергија од редот на 10 19 GeV, што е многу повисоко од електрослабата скала (во физиката со ниска енергија доминантната енергија е 100 GeV). Зошто овие ваги се толку различни една од друга? Што ги спречува количините со електрослаба скала, како што е масата на Хигсовиот бозон, да примаат квантни корекции на скалите по редот на Планк? Дали суперсиметријата, дополнителните димензии или само антропското дотерување е решението за овој проблем?
• 11. Магнетен монопол.Дали честичките - носители на „магнетно полнење“ - постоеле во било која минато време со повисоки енергии? Ако е така, дали има достапни денес? (Пол Дирак покажа дека присуството на одредени видови магнетни монополи може да ја објасни квантизацијата на полнежот.)
• 12. Распаѓање на протоните и големото обединување.Како можеме да ги обединиме трите различни квантно механички фундаментални интеракции на квантната теорија на полето? Зошто најлесниот барион, кој е протон, е апсолутно стабилен? Ако протонот е нестабилен, тогаш кој е неговиот полуживот?
• 13. Суперсиметрија.Дали суперсиметријата на просторот се реализира во природата? Ако е така, кој е механизмот на кршење на суперсиметријата? Дали суперсиметријата ја стабилизира електрослабата скала, спречувајќи високи квантни корекции? Дали темната материја се состои од лесни суперсиметрични честички?
• 14. Генерации на материја.Дали има повеќе од три генерации кваркови и лептони? Дали бројот на генерации е поврзан со димензијата на просторот? Зошто воопшто постојат генерации? Дали постои теорија што би можела да го објасни присуството на маса во некои кваркови и лептони во поединечни генерации врз основа на првите принципи (теорија на интеракцијата на Јукава)?
• 15. Фундаментална симетрија и неутрина.Каква е природата на неутрината, која е нивната маса и како тие ја обликувале еволуцијата на универзумот? Зошто сега во Универзумот се открива повеќе материја отколку антиматерија? Кои невидливи сили биле присутни во зората на Универзумот, но исчезнале од погледот како што Универзумот еволуирал?
• 16. Теорија на квантно поле.Дали принципите на релативистичката локална квантна теорија на поле се компатибилни со постоењето на нетривијална матрица за расејување?
• 17. Честички без маса.Зошто честичките без маса без спин не постојат во природата?
• 18. Квантна хромодинамика.Кои се фазните состојби на силно заемнодејствување на материјата и каква улога играат тие во вселената? Каква е внатрешната структура на нуклеоните? Кои својства на материјата што силно содејствуваат ги предвидува QCD? Што ја контролира транзицијата на кварковите и глуоните во пи-мезони и нуклеони? Која е улогата на глуоните и глуонската интеракција во нуклеоните и јадрата? Што ги дефинира клучните карактеристики на QCD и каква е нивната врска со природата на гравитацијата и простор-времето?
• 19. Атомско јадрои нуклеарна астрофизика.Што е природата нуклеарни сили, кој ги врзува протоните и неутроните во стабилни јадра и ретки изотопи? Која е причината зошто едноставните честички се комбинираат во сложени јадра? Што е природата неутронски ѕвездии густа нуклеарна материја? Кое е потеклото на елементите во вселената? Кои се нуклеарните реакции што ги придвижуваат ѕвездите и предизвикуваат нивна експлозија?
• 20. Островот на стабилноста.Кое е најтешкото стабилно или метастабилно јадро што може да постои?
• 21. Квантна механика и принципот на кореспонденција (понекогаш наречен квантен хаос).Дали има претпочитани толкувања на квантната механика? Како квантниот опис на реалноста, кој вклучува елементи како што се квантната суперпозиција на состојбите и колапсот на брановата функција или квантната декохеренција, води до реалноста што ја гледаме? Истото може да се формулира со помош на мерниот проблем: кое е „мерењето“ што предизвикува колапс на брановата функција во одредена состојба?
• 22. Физички информации.Дали има физички феномени, како што се црните дупки или колапсот на брановата функција, кои трајно ги уништуваат информациите за нивните претходни состојби?
• 23. Теоријата на сè („Големите унифицирани теории“).Дали постои теорија која ги објаснува вредностите на сите основни физички константи? Дали постои теорија која објаснува зошто непроменливоста на мерачот на стандардниот модел е таква каква што е, зошто набљудуваниот простор-време има димензии 3+1 и зошто законите на физиката се такви какви што се? Дали „фундаменталните физички константи“ се менуваат со текот на времето? Дали некоја од честичките во стандардниот модел на физика на честички всушност е составена од други честички поврзани толку цврсто што не може да се набљудуваат при сегашните експериментални енергии? Дали има фундаментални честички кои сè уште не се забележани, и ако има, кои се тие и кои се нивните својства? Дали има незабележливи? фундаментални сили, што го сугерира теоријата, објаснувајќи други нерешени проблеми во физиката?
• 24. Инваријантност на мерачот.Дали навистина постојат не-абелови теории за мерач со празнина во масовниот спектар?
• 25. CP симетрија.Зошто не е зачувана симетријата на КП? Зошто е зачуван во повеќето набљудувани процеси?
• 26. Физика на полупроводници.Квантната теорија на полупроводниците не може точно да пресмета една константа на полупроводникот.
• 27. Квантна физика.Точното решение на Шредингеровата равенка за атоми на повеќе електрони е непознато.
• 28. При решавање на проблемот со расејување на два греди на една пречка, пресекот на расејување се покажува бесконечно голем.
• 29. Фејнманиум: Што ќе се случи со хемиски елемент, чиј атомски број ќе биде поголем од 137, како резултат на што електронот 1s 1 ќе мора да се движи со брзина што ја надминува брзината на светлината (според Боровиот атомски модел)? Дали Фејнманиум е последниот хемиски елемент способен физички да постои? Проблемот може да се појави околу елементот 137, каде што проширувањето на дистрибуцијата на нуклеарното полнење ја достигнува својата последна точка. Видете ја статијата Проширена периодична табела на елементите и делот за релативистички ефекти.
• 30. Статистичка физика.Не постои систематска теорија за неповратни процеси што овозможува да се извршат квантитативни пресметки за секој даден физички процес.
• 31. Квантна електродинамика.Дали има гравитациски ефекти предизвикани од осцилации во нулта точка? електромагнетно поле? Не се знае како се пресметува квантна електродинамикаво високофреквентниот регион, истовремено задоволувајте ги условите за конечност на резултатот, релативистичка непроменливост и збирот на сите алтернативни веројатности еднакви на единство.
• 32. Биофизика.Не постои квантитативна теорија за кинетиката на конформациската релаксација на протеинските макромолекули и нивните комплекси. Не постои целосна теорија за пренос на електрони во биолошките структури.
• 33. Суперспроводливост.Невозможно е теоретски да се предвиди, знаејќи ја структурата и составот на супстанцијата, дали таа ќе оди во суперспроводлива состојба со намалување на температурата.