Ядерное оружие. Неуправляемая цепная реакция с большим коэффициентом размножения нейтронов осуществляется в атомной бомбе. Взрывчатым веществом служат чистый уран или плутоний.

При взрыве бомбы температура достигает десятков миллионов кельвин. При такой температуре резко повышается давление и образуется мощная взрывная волна. одновременно возникает мощное излучение. Продукты цепной реакции при взрыве бомбы сильно радиоактивны и опасны для живых организмов.

В термоядерной (водородной) бомбе источником энергии, которая необходима для термоядерного синтеза, служит взрыв атомной урановой или плутониевой бомбы, помещённой внутри термоядерной. При этом взрыв атомной бомбы используется не для повышения температуры, а для сильнейшего сжатия термоядерного топлива излучением, образующимся при взрыве атомной бомбы.

Ядерная война способна привести человечество к гибели, поэтому народы всего мира настойчиво борются за запрещение ядерного оружия.

Контрольные вопросы:

1. Что из себя представляет гамма-излучние?

2. Назовите первые три изотопа водорода?

3. Чем протий отличается от трития?

4. Чем ядерная реакция отличается от термоядерной?

Рекомендуемая литература:

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Хрестоматия по новому курсу для студентов высших учебных заведений, обучающихся по гуманитарным специальностям - Москва, АСТ, Астрель, 2004 - 368 с. ISBN: 5-17-024703-6, 5-271-08961-4.

2. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики. С древнейших времен до конца XVIII века. Изд.2-е, стереотипное. – М.: КомКнига, 2007 – 352 с. ISBN 978-5-484-00938-1.

Интернет ресурсы:

1. http://www.soldiering.ru/omp/omp_atom.php - виды ядерных зарядов.

2. http://cold-fusion.ru/ - холодный ядерный синтез

Тема №8. Свойства частиц

План:

8.1 Корпускулярно-волновые свойства частиц.

8.2 Структурная организация материи.

8.3 Фундаментальные взаимодействия.

Корпускулярно-волновые свойства частиц. Французский учёный Луи де Бройль в 1923 г. выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма: не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами.

Таким образом, всем микрообъектам присущи и корпускулярные, и волновые свойства, для них существуют потенциальные возможности проявить себя в зависимости от внешних условий либо в виде волны, либо в виде частицы.

Структурная организация материи. Важнейшее свойство материи – ее структурная и системная организация. Наблюдение нами тела состоят из молекул, молекулы – из атомов, атомы – из ядер и электронов, атомные ядра - из нуклонов, нуклоны – из кварков. Сегодня принято считать, что электроны и гипотетические частицы кварки не содержат более мелких частиц.

С биологической точки зрения самая крупная живая система биосфера - состоит из биоценозов, содержащих множества популяций живых организмов различных видов, популяции образуют отдельные особи, живой организм которых состоит из клеток со сложной структурой, включая ядро, мембрану и другие составные части.

В современном естествознании множество материальных систем принято делить на микромир, макромир и мегамир. К микромиру относятся молекулы, атомы и элементарные частицы. Материальные объекты, состоящие из огромного числа атомов и молекул, образуют макромир. Самую крупную систему материальных объектов составляет мегамир – это мир планет, звезд, галактик и Вселенной.

Материальные системы микро -, макро – и мегамира различаются между собой размерами, характером доминирующих процессов и законами, которым они подчиняются.

Существенным различием между объектами микро - и макромира является и то, что для микромира характерна тождественность, а для макромира – индивидуальность. Для микрочастиц выполняется принцип тождественности: состояния системы частиц, получающиеся друг из друга перестановкой частиц местами, нельзя различить ни в каком эксперименте. Этот квантово – механический принцип является одним из основных различий между квантовой механикой и классической физикой. В классической механике можно проследить за частицами по траекториям, и тем самым отличить их одна от другой. В квантовой механике тождественные частицы полностью лишены индивидуальности.

Фундаментальные взаимодействия. Основная причина движения – это взаимодействие материальных объектов. Взаимодействие универсально, т.е. оно присуще всем материальным объектам.

Долгое время считалось, что взаимодействие материальных объектов, находящихся даже на большом расстоянии друг от друга, передается мгновенно. Такое утверждение соответствовало концепции дальнодействия. В настоящий момент экспериментально подтверждена другая концепция – концепция близкодействия, согласно которой взаимодействия передаются с конечной скоростью, не превышающей скорости света в вакууме. Эта полевая концепция в квантовой теории поля дополняется утверждением; при любом взаимодействии происходит обмен особыми частицами – квантами поля.

Наблюдаемые в природе взаимодействия материальных объектов и систем очень разнообразны. Однако, как показали физические исследования, все взаимодействия можно отнести к четырем видам фундаментальных взаимодействий: гравитационному, электромагнитному, сильному и слабому.

Гравитационное взаимодействие является наиболее всеобъемлющим. Ему подвержены все материальные объекты без исключения – и микрочастицы, и макротела. Проявляется оно в виде всемирного тяготения.

Согласно современным представлениям, каждое из взаимодействий возникает в результате обмена частицами, называемыми переносчиками этого взаимодействия. Гравитационное взаимодействие осуществляется посредством обмена гравитонами. Это не имеющие массы частицы, которые не способны находиться в покое и распространяются всегда с максимально возможной скоростью – скоростью света в вакууме.

Электромагнитное взаимодействие, как и гравитационное, по своей природе дальнодействующее: соответствующие силы могут проявляться на очень значительных расстояниях. Как установил в 1785 году французский физик Кулон, эти силы убывают обратно пропорционально квадрату расстояния между частицами.

Электромагнитное взаимодействие описывается зарядами одного типа (электрическими), но эти заряды могут иметь два знака – положительный и отрицательный. В отличие от гравитационных сил электромагнитные силы способны быть как силами притяжения, так и силами отталкивания.

От взаимодействия между электрически заряженными частицами зависит структура атомов и молекул, а значит, в конечном счете, и то, что окружающий мир таков как он есть. Физические и химические свойства разнообразных веществ, материалов и самой живой ткани обусловлены именно таким взаимодействием. Оно же приводит в действие всю электрическую и электронную аппаратуру.

Согласно квантовой электродинамике, переносчиками электромагнитного взаимодействия являются кванты электромагнитного поля – фотоны. Это не имеющие массы частицы, которые движутся со скоростью света. В результате обмена этими частицами и возникает электромагнитное взаимодействие между заряженными телами.

В большинстве случаев фотоны распространяются в виде электромагнитных волн различной длины. Свет – это электромагнитные волны.

Сильное взаимодействие самое мощное из всех, чем и объясняется его название. Ядерные силы, действующие между нуклонами в ядре, являются проявлением этого взаимодействия. Здесь оно примерно в 100 раз сильнее электромагнитного. Радиус действия сильных взаимодействий - порядка размеров нуклона. Частицы, которым присуще сильное взаимодействие называют адронами. Современная физика считает, что каждая из таких частиц состоит из 3-х проточастиц, называемых кварками. Структуру адронов его удается удовлетворительно описать посредством трех зарядов (цветов), образующих сложные комбинации (каждый кварк имеет свой цвет, объединяться могут только определенные цвета). Переносчиками сильного взаимодействия, связывающего кварки внутри адронов, являются восемь «цветных» глюонов, обладающих нулевой массой покоя. Сами же адроны, например, протоны и нейтроны в ядре, связаны через другие кванты взаимодействия -  - мезоны, обладающие массой покоя примерно в 270 масс электрона. Теория сильного взаимодействия называется квантовой хромодинмикой.

Слабое взаимодействие обуславливает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействие нейтрино с веществом и др.

Переносчики слабого взаимодействия были открыты в 1983г. Это так называемые векторные бозоны W⁺,W^- и Z⁰ . Эти частицы обладают очень большой массой. Новые частицы оказались чрезвычайно нестабильны - они распадаются за время ~ 10^-24 c. Векторные бозоны были предсказаны за 15 лет до их открытия.

Электрослабое взаимодействие. В 1979г. мир узнал о том, что очередная Нобелевская премия по физике присуждается американцам Стивену Вийнбергу, Шэлдону Глэшоу и Абдусу Самаму. В формулировке Нобелевского комитета говорилось: премия вручается «за фундаментальный вклад в создание теории, объединившей слабое и электромагнитное взаимодействие».

Теория электрослабого взаимодействия позволила установить важнейшее соотношения между величинами, которые раньше считались независимыми, в частности между электронным и слабым зарядами ,определяет силу этих взаимодействий. В результате возросла предсказательная теория, и сейчас, все её выводы либо согласуются с экспериментом, либо опережают его. Исследования в результате создания этой теории были выведены на новый уровень. Они развернулись в сторону синтеза- поиска тех общих законов, которые объединяют все взаимодействия и лежат в их основе.

Контрольные вопросы:

1. Назовите частицы переносчики взаимодействий.

2. Что такое фотон?

3. Какое взаимодействие самое сильное?

Рекомендуемая литература:

1. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учеб. Для вузов. М.: Высшая школа, 2003 – 488 с. ISBN 5-06-004242-1.

2. Крюков Р.В.; Р.В. Крюков Концепции современного естествознания. Пособие для подготовки к экзаменам. Москва, Приор-издат, 2005 - 176 с. ISBN: 5-9512-0491-7, 5-9030-4679-7.

Интернет ресурсы:

1. http://www.b-i-o-n.ru/- общая теория взаимодействия.

2. http://www.youtube.com/watch?v=Qnywl9mnI_M – видео о дуализме.