Атомы во вселенной

Содержание:

1. Введение………………………………………………………………………….…..3

2. Революция в естествознании и возникновение учения о строении атома………4

3. Дальнейшее развитие концепции атомизма……………………………………....6

4. Кварковая модель адронов……………………………………………………...…9

5. Мегамир в его многообразии и единстве. Состав и строение мегамира……....11

6. Время  мегамира…………………………………………………………………….12

7. Эволюция  Метагалактики, галактик и отдельных  звезд……………………….. 14

8. Рождение  Вселенной………………………………………………………………..16

9. Ранний  этап эволюции Вселенной………………………………………………....19

10. Заключение………………………………………………………………………....22

11. Список  использованной литературы……………………………………….....…23   
 
 

1.Введение

     Ничтожно  малый атом и бесконечно большая  вселенная - что общего между ними? Это миры, в познании которых нет  конца и края. И хотя наш вооруженный  глаз все глубже проникает и во вселенную и в недра вещества, мы сейчас так же далеки от конца  этого путешествия, как и в  начале его.

     К чему же, однако, путешествовать, если известно наперед, что никогда не достигнешь цели? Да и познаем ли мы мир вообще? Не обман ли чувств все, что доносят нам приборы? Слабый луч света, пришедший откуда-то издалека, - вот единственный источник наших знаний о бесконечно далеких небесных светилах. Не обманывает ли он нас? Мы не видим глазом даже молекул, лишь приборы говорят о мельчайших частичках - атомах и электронах. Как знать, насколько правдив их рассказ?

     Так или примерно так рассуждают некоторые  зарубежные ученые-идеалисты, отрицающие возможность познания мира. Но жизнь  блестяще опровергает тех, кто не верит в могущество разума. Истинность познания проверяется практикой. И  часто то, что происходит невообразимо далеко от нас, вдруг оказывается  частью нашей жизни. Атом и вселенная - превосходный пример. Наука, изучая атом, нашла пути для атаки атомного ядра. Открылась новая эпоха, открылась  перспектива такого энергетического  могущества человека, перед которой бледнеет самая смелая фантазия. В наших лабораториях взрыв атома «доставил» космос на Землю - температуры в миллионы градусов, господствующие на звездах, получены человеком. Мы говорим теперь об освобождении атомной энергии, об атомных двигателях, кораблях и электростанциях, которым не нужны бензин, уголь и нефть.

     В данной работе я поставила следующие задачи:

- охарактеризовать  концепцию атомизма в широкой  исторической перспективе;

- рассмотреть  мегамир в его многообразии и единстве;

- охарактеризовать  современную картину происхождения  Вселенной. 
 
 
 

2. Революция в естествознании  и возникновение  учения о строении  атома

     Гипотезу  об атомах как неделимых частицах вещества была возрождена в естествознании и прежде всего в физике и химии  для объяснения таких эмпирических законов, как законы Бойля - Мариотта и Гей-Люссака для идеальных газов, теплового расширения тел и различных химических законов. В самом деле, закон Бойля - Мариотта утверждает, что объем газа обратно пропорционален его давлению, но не объясняет почему. Аналогично этому при нагревании тела его размеры увеличиваются, но эмпирический закон теплового расширения не объясняет причину такого расширения.

     Очевидно, что для такого объяснения необходимо выйти за рамки наблюдаемых зависимостей, которые выражаются; в эмпирических законах, и обратиться к теоретическим  гипотезам и законам. В отличие  от эмпирических законов они содержат понятия и величины, относящиеся  к ненаблюдаемым объектам. Именно такими объектами являются атомы, а  также образованные из них молекулы. С помощью атомов и молекул  в кинетической теории вещества убедительно  объясняются все перечисленные  и другие известные эмпирические законы. Действительно, чтобы ответить на вопрос: почему объем газа увеличивается  вдвое, когда его давление уменьшается  на столько же, мы представляем себе газ, состоящий из огромного числа атомов или молекул, движущихся беспорядочно в разных направлениях и с разной скоростью. Непосредственно наблюдаемое и измеряемое уменьшение давление газа мы истолковываем как увеличение свободного пробега составляющих его атомов и молекул, вследствие чего возрастает объем, занимаемый газом. Аналогично этому расширение тел при нагревании объясняют возрастанием средней скорости движущихся молекул.

     Таким образом, свойства наблюдаемых нами тел и законов их поведения  мы объясняем с помощью простых  свойств невидимых атомов и молекул. При этом свойства, более сложных  образований, какими являются молекулы, объясняются также с помощью  атомов, так что атомы оказываются  последними, далее неразложимыми  частицами вещества, а точнее, химических элементов. Поэтому атом в химии  обычно определяют как наименьшую часть  или единицу химического элемента.

     Объяснения, при которых свойства сложных  веществ или тел пытаются свести к свойствам более простых  их элементов или составных частей, называют редукционистскими. Такой способ анализа способствовал большому прогрессу в развитии естествознания. С его помощью удалось объяснить не только свойства многочисленных тел и явлений, но и эмпирических законов, которые управляют ими.

Однако  попытка сведения всех многообразных  и сложных свойств и закономерностей  тел и явлений окружающего  мира к более простым вряд ли могла  считаться успешной, хотя бы потому, что на каждом уровне познания раскрывались новые границы и находились новые  неделимые последние частицы  материи. Вплоть до конца прошлого века такой частицей считался атом, но крупнейшие открытия в физике привели к отказу от такой точки зрения. Среди этих открытий следует отметить, во-первых, обнаружение явлений естественной радиоактивности таких химических элементов, как радий и уран. Оказалось, что эти элементы в естественных условиях испускают специфические радиоактивные лучи и в результате превращаются в другие химические элементы, а в конечном итоге - в свинец. Именно так истолковали радиоактивные превращения английские физики Эрнест Резерфорд (1871-1937) и Фредерик Содци (1877-1956). Отсюда непосредственно следовало, что атомы вовсе не являются неизменными, неделимыми и последними кирпичиками мироздания. Вскоре после радиоактивности была открыта мельчайшая частица электричества - электрон. В 1913 г. Э. Резерфорд, исследуя рассеяние ос-частиц атомами тяжелых элементов, показал, что основная часть массы атома сосредоточена в его центральной части -- ядре, так как вдали от него б-частицы проходят беспрепятственно. Основываясь на этих экспериментах, он предложил планетарную модель атома, согласно которой вокруг массивного ядра вращаются по своим орбитам отрицательно заряженные электроны.

     Впоследствии  эта модель была значительно модифицирована известным датским физиком Нильсом  Бором (1885-1962) и другими учеными. Оказалось, что электроны не могут вращаться по любым орбитам, а только по стационарным, ибо в противном случае они бы непрерывно излучали энергию и упали бы на ядро, и атом самопроизвольно разрушился. Ничего подобного, однако, не наблюдается, так как атомы являются весьма устойчивыми образованиями. Все эти и связанные с ними революционные открытия невозможно было понять и объяснить с точки зрения старой, классической физики, и поэтому в первое время немало ученых считали, что они не только подрывают материалистический взгляд на природу, но и отрицают объективное содержание физической науки. Если прежние понятия и принципы этой науки меняются, то, следовательно, в них не содержится никакой истины. Так восприняли новые открытия в физике некоторые ученые. Соответственно одна часть ученых стаяла рассматривать научные истины просто как условные соглашения, принимаемые в целях обобщения эмпирического материала, другая - как полезные инструменты для предсказаний, третья - как средства для «экономии мышления».

     Таким образом, из относительности научных  истин, из того что они неполно, не целиком верно, а лишь приблизительно отражают свойства и закономерности природы, был сделан совершенно ошибочный  вывод, что они вообще не являются объективными истинами, т. е. знание, содержащееся в них, не зависит от человека. Все  это породило кризис в физике в конце XIX- начале XX вв., выход из которого следовало искать в переходе от старых понятий и принципов классической физики, оказавшихся неадекватными для изучения свойств материи на атомном уровне, к новым понятиям и теориям, которые бы верно отражали эти свойства и закономерности.

     Такой новой фундаментальной теорией, как мы видели, стала квантовая  механика, которая ввела совершенно неизвестные для классической физики принципы дуализма волны и частицы, неопределенности (неточности) и дополнительности, а вместо универсальных законов прежней физики стала широко применять статистические законы и вероятностные методы исследования. 

     3. Дальнейшее развитие  концепции атомизма

     После того, когда физики установили, что  атом не является последним кирпичиком мироздания и сам он построен из более простых, элементарных частиц, идея поиска таких частиц заняла главное  место в их исследованиях. По-прежнему мысль физиков была устремлена на то, чтобы свести все многообразие сложных свойств тел и явлений  природы к простым свойствам  небольшого числа первичных, фундаментальных  частиц, которые впоследствии были названы элементарными. В строгом  смысле слова такие частицы не должны содержать в себе какие-либо другие элементы. Однако в обычном  употреблении физики называют элементарными  такие частицы, которые не являются атомами или атомными ядрами, за исключением протона и нейтрона. Наиболее известными элементарными частицами являются электрон, фотон, пи-мезоны, мюоны, тяжелые лептоны и нейтрино. Позже были открыты частицы с весьма экзотическими названиями: странные частицы, мезоны со скрытым «очарованием», «очарованные» частицы, ипсилион -частицы, разнообразные резонансные частицы и многие другие. Общее их число превышает 350. Поэтому вряд - ли все такие частицы можно назвать подлинно элементарными, не содержащими других элементов. Это убеждение усиливается в связи с гипотезой о существовании кварков, из которых, по предположению, построены все известные элементарные частицы. По-видимому, все частицы, которые в настоящее время считаются элементарными, являются специфическими формами существования материи, которые не объединены в ядра и атомы, вследствие чего их часто называют субъядерными частицами.

     Исторически электрон был первой элементарной частицей, открытой еще в конце прошлого века известным, английским физиком  Дж. Дж. Томсоном. В 1919 г. Э. Резерфорд, бомбардируя атомы б-частицами, открыл протоны. В начале века был открыт фофон, в 1932 г. такая необычная частица, как лишенный заряда нейтрон, спустя четыре года - первая античастица - позитрон, которая по массе равна электрону, но обладает положительным зарядом. В дальнейшем при исследовании космических лучей были обнаружены и другие частицы, в частности мюоны и разные типы мезонов.

     С начала 50-х годов основным средством  открытия и исследования элементарных частиц стали ускорители заряженных частиц. С их помощью удалось открыть  такие античастицы, как антипротон и антинейтрон. С того времени  физики стали выдвигать гипотезы о существовании антивещественного и даже антиматериального мира. В 1970 и 1980-е годы поток открытий новых элементарных частиц усилился, и ученые заговорили даже о семействах элементарных частиц, которые назвали «странными», «очарованными» и «красивыми».

     Одна  из характерных особенностей элементарных частиц состоит в том, что они  имеют крайне незначительные массы  и размеры. Масса большинства из них - порядка массы протона, т. е. 1,6 х 10-24 г, а размеры порядка 10-16 см. Другое их свойство заключается в способности рождаться и уничтожаться, т. е. испускаться и поглощаться при взаимодействии с другими частицами. Мы уже приводили пример превращения пары электрон и позитрон в два фотона:

     е--- + е+ > 2 Y

     Подобные  же взаимопревращения происходят и  с другими элементарными частицами, поэтому термин «аннигиляция», означающий буквально исчезновение или превращение в ничто, не совсем подходит для характеристики взаимопревращения элементарных частиц.

     По  интенсивности, с которой происходят взаимодействия между элементарными  частицами, их делят на сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

· Сильное  взаимодействие является наиболее интенсивным и именно оно обусловливает связь между протонами и нейтронами в атомных ядрах.

     · Электромагнитное взаимодействие менее  интенсивно по своему характеру и  определяет специфику связи между  электронами и ядрами в атоме, а также между атомами в  молекуле.

     · Слабое взаимодействие - наименее интенсивно, оно вызывает медленно протекающее  процессы с элементарными частицами, в частности распад так называемых квазичастиц.