Реферат: Проблемы современной физики
Вce виды энергии, которыми мы пользуемся, получены от Солнца. Солнце излучает огромное количество энергии не только в сторону Земли, но по всем направлениям, а у нас есть основания думать, что Солнце существует сотни миллиардов лет. Если подсчитать, сколько за это время излучено энергии, то возникает вопрос – откуда же эта энергия, где ее источник?
Все, что удавалось придумать раньше, оказывалось недостаточным, и только теперь мы как будто бы получаем правильный ответ. Источником энергии не только Солнца, но и других звезд (наше Солнце ничем от других звезд в этом отношении не отличается) являются ядерные реакции. В центре звезды, благодаря силам тяготения, царит колоссальное давление и очень высокая температура – 20 млн. град. В таких условиях ядра атомов часто встречаются друг с другом, и при этих столкновениях происходят то ядерные реакции, одним из примеров которых является бомбардировка лития протонами.
Ядро водорода сталкивается с ядром углерода с атомным весом 12, образуется азот 13, который превращается в углерод 13, испуская положительный позитрон. Потом новый углерод 13 сталкивается с другим ядром водорода и т.д. В конце концов получается снова тот же самый углерод 12, с которого дело началось. Углерод здесь прошел только через разные стадии и участвовал лишь как катализатор. Но зато вместо 4 ядер водорода в конце реакции появилось новое ядро гелия и два лишних положительных заряда.
Внутри всех звезд имеющиеся запасы водорода путем таких реакций превращаются в гелий, здесь происходит усложнение ядер. Из самых простых ядер водорода образуется следующий элемент – гелий. Количество энергии, которое при этом выделяется, как показывает расчет, как раз соответствует той энергии, которая излучается звездой. Поэтому звезды не охлаждаются. Они все время пополняют запас энергии, конечно, до тех нор, пока имеется запас водорода.
В распаде урана мы имеем дело с развалом тяжелых ядер и превращением их в гораздо более легкие.
В круговороте явлений природы мы видим, таким образом, два крайних звена – самые тяжелые разваливаются, самые легкие соединяются, конечно, в совсем разных условиях.
Здесь мы сделали первый шаг по направлению к про блеме эволюции элементов.
Вы видите, что вместо тепловой смерти, которую предсказывала физика прошлого столетия, предсказывала, как указывал Энгельс, без достаточных оснований, на основе законов одних тепловых явлений, через 80 лет выявились гораздо более мощные процессы, которые указывают нам на какой-то круговорот энергии в природе, на то, что в одних местах идет усложнение, а в других местах распад вещества.
Позвольте теперь от атомного ядра перейти к его оболочке, а затем и к крупным телам, состоящим из громадного числа атомов.
Когда впервые узнали, что атом состоит из ядра р электронов, то электроны представлялись самыми элементарными, самыми простыми из всех' образований. Это были отрицательные электрические заряды, масса и заряд которых были известны. Отметим, что масса означает не количество вещества, а количество энергии, которой вещество обладает.
Так вот, мы знали заряд электрона, знали его массу, и, поскольку больше ничего о нем не знали, казалось, больше нечего и знать. Чтобы приписать ему распределенную форму, кубическую, вытянутую или плоскую, нужно было иметь какие-то основания, но оснований никаких не было. Поэтому (его считали шариком размером в 2 · 10» '2 см. Неясно было только, как этот заряд расположен: на поверхности шарика или заполняет его объем?
Когда на самом деле в атоме вплотную встретились с электронами и стали изучать их свойства, эта видимая простота начала исчезать.
Все мы читали замечательную книгу Ленина «Материализм и эмпириокритицизм», написанную в 1908 г., т.е. в тот период, когда электроны казались самыми простыми и далее неделимыми элементарными зарядами. Тогда еще Ленин указывал, что электрон не может быть последним этаном в нашем познании природы, что и в электроне со временем откроется новое многообразие, нам еще тогда неизвестное. Это предсказание, как и все другие предсказания, сделанные В.И. Лениным в этой замечательной книге, уже оправдалось. У электрона был обнаружен магнитный момент. Оказалось, что электрон не только заряд, но и магнит. У него был обнаружен и вращательный момент, так называемый спин. Далее, оказалось, что хотя электрон и движется вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца, но в отличие от планет может двигаться только по вполне определенным квантовым орбитам, может обладать вполне определенными энергиями и никакими промежуточными.
Это оказалось результатом того, что само движение электронов в атоме очень отдаленно напоминает движение шарика по орбите. Законы движения электронов ближе подходят к законам распространения волн, например световых волн.
Движение электронов, оказывается, подчиняется законам волнового движения, составляющим содержание волновой механики. Она охватывает не только движение электронов, по и всяких достаточно малых частиц.
Мы уже видели, что электрон с маленькой массой мажет превращаться в мезон с массой, в 200 раз большей, и, наоборот, мезон распадается и появляется электрон с массой, в 200 раз меньшей. Вы видите, что простота электрона исчезла.
Если электрон может находиться в двух состояниях: с малой и с большой энергией, значит, это не такое уж простое тело. Следовательно, простота электрона в 1908 г. была простотой кажущейся, отражавшей неполноту наших знаний. Это интересно, как один из примеров блестящего предвидения правильной научной философии, высказанного таким замечательным мастером, владевшим диалектическим методом, как Ленин.
Но имеют ли законы движения электронов в атоме размером в 100-миллионную долю сантиметра практическое значение?
На это отвечает созданная за последние годы электронная оптика. Так как движение электроном происходит по законам расп