атом
источник
Когда Джон Дальтон впервые в истории современной науки предложил атомную теорию строения вещества, атомы представлялись ему неделимыми, наподобие микроскопических бильярдных шаров.
Однако на протяжении всего XIX столетия становилось всё очевиднее, что такая модель неприемлема. Поворотной точкой стало открытие электрона Дж. Дж. Томсоном в 1897 году, из которого следовало, что атом состоит из отдельных частиц — прямое свидетельство против его неделимости. Последним гвоздем в крышку гроба неделимого атома стало открытие в 1911 году атомного ядра (см. Опыт Резерфорда). После этих открытий стало ясно, что атом не просто делим, но что он еще и обладает дискретной структурой: состоит из массивного, положительно заряженного центрального ядра и движущихся по орбитам вокруг него легких, отрицательно заряженных электронов.
Но с этой простой планетарной моделью атома тут же возникли проблемы. Прежде всего, согласно физическим законам того времени, такой атом не мог бы просуществовать дольше доли мгновения — на наше счастье, мы имеем все основания утверждать, что этот факт опытом не подтверждается. Аргументация была такова: в соответствии с законами механики Ньютона, электрон, находящийся на орбите, движется с ускорением. Следовательно, согласно уравнениям Максвелла, он должен излучать электромагнитные волны и, как следствие, терять энергию (в силу закона сохранения энергии; см. Уравнение состояния идеального газа) и вскоре сойти с орбиты и упасть на ядро. Это стандартная задачка по физике для студентов-первокурсников, и любой из них легко докажет путем таких рассуждений, что планетарный атом не просуществует и секунды. Очевидно, что-то было не так в этой простой модели строения атома, раз реальные атомы, окружающие нас, просуществовали миллиарды лет.
Разрешить эту проблему и направить физиков по верному пути понимания атомной структуры удалось молодому датскому теоретику Нильсу Бору, недавно прибывшему на стажировку в Англию после защиты докторской диссертации у себя на родине. За отправную точку Бор принял новые постулаты квантовой механики, согласно которым на субатомном уровне энергия испускается исключительно порциями, которые получили название «кванты». Немецкий физик Макс Планк воспользовался положением о том, что атомы излучают свет отдельными частицами (позже Альберт Эйнштейн назвал их «фотоны»), для разрешения застарелой проблемы излучения черного тела. Используя концепцию фотонов, Альберт Эйнштейн теоретически объяснил фотоэлектрический эффект. За свои работы и Планк, и Эйнштейн получили по Нобелевской премии.
Бор развил квантовую теорию еще на шаг и применил ее к состоянию электронов на атомных орбитах. Говоря научным языком, он предположил, что угловой момент электрона (см. Опыт Штерна—Герлаха) квантуется. Далее он показал, что в этом случае электрон не может находиться на произвольном удалении от атомного ядра, а может быть лишь на ряде фиксированных орбит, получивших название «разрешенные орбиты». Электроны, находящиеся на таких орбитах, не могут излучать электромагнитные волны произвольной интенсивности и частоты, иначе им, скорее всего, пришлось бы перейти на более низкую, неразрешенную орбиту. Поэтому они и удерживаются на своей более высокой орбите, подобно самолету в аэропорту отправления, когда аэропорт назначения закрыт по причине нелетной погоды.
Однако электроны могут переходить на другую разрешенную орбиту. Как и большинство явлений в мире квантовой механики, этот процесс не так просто представить наглядно. Электрон просто исчезает с одной орбиты и материализуется на другой, не пересекая пространства между ними. Этот эффект назвали «квантовым прыжком», или «квантовым скачком». Позже этот термин обрел широкую популярность и вошел в наш лексикон со значением «внезапное, стремительное улучшение» («Настоящий квантовый скачок в технологии производства наручных часов!»). Если электрон перескакивает на более низкую орбиту, он теряет энергию и, соответственно, испускает квант света — фотон фиксированной энергии с фиксированной длиной волны. На глаз мы различаем фотоны разных энергий по цвету — раскаленная на огне медная проволока светится синим, а натриевая лампа уличного освещения — желтым. Для перехода на более высокую орбиту электрон должен, соответственно, поглотить фотон.
В картине атома по Бору, таким образом, электроны переходят вниз и вверх по орбитам дискретными скачками — с одной разрешенной орбиты на другую, подобно тому, как мы поднимаемся и спускаемся по ступеням лестницы. Каждый скачок обязательно сопровождается испусканием или поглощением кванта энергии электромагнитного излучения, который мы называем фотоном.
Со временем интуитивная гипотеза Бора уступила место строгой систематической формулировке в рамках законов квантовой механики и, в частности, концепции двойственной природы элементарных частиц — корпускулярно-волновой (см. Принцип дополнительности). Сегодня электроны представляются нам не микроскопическими планетами, обращающимися вокруг атомного ядра, а волнами вероятности, плещущимися внутри своих орбит — подобно приливам и отливам в тороидальном бассейне — и подчиняющимися уравнению Шрёдингера. Современные физики, как само собой разумеющееся, рассчитывают характеристики этих волн для самых сложных по структуре атомов и используют их для объяснения свойств и поведения этих атомов. Однако основополагающую картину всей современной квантовой механики нарисовал в своем великом прозрении Нильс Бор — в далеком теперь 1913 году.
Источник
Многие истины относительны. Имеют пределы применимости.
Примеры:
- Атом есть мельчайшая частица элемента материи. Это истина. Имеет следующие пределы применимости.
- Атом есть объём пространства, имеющего радиус порядка 10^-10 метра. Но только в таких уточняющих понятийных пределах, как: система из ядра атома, имеющего объём пространства порядка 10^-15 метра и окружающего его электронного облака. Но и эта истина лишь относительна.
- Надо ещё уточнить, что ядро атома есть либо один протон (у легчайшего изотопа водорода — протия), либо один или большее количество протонов и один или большее количество нейтронов. Количество электронов в электронном облаке нейтрального атома равно количеству протонов в ядре атома.
- Но и этих определений атома недостаточно. Требуется добавить, что в ядре атома каждый протон имеет квант-единицу электростатического заряда знака, условно называемый «плюс», а каждый электрон в электронном облаке атома имеет квант-единицу электростатического заряда знака «минус».
- Но и этих определений сути атома совершенно недостаточно! Надо привести понятие об атомной массе нейтрона, протона, ядра атома, электрона, энергии связи между нейтронами и протонами в ядре атома и энергии связи электронов электронного облака атома с ядром атома.
- Надо дать определение структуре, которую образуют нейтроны и протоны в ядре атома и которую образуют электроны в электронном облаке атома.
- Но и этого недостаточно!Надо ещё раскрыть физический механизм электростатического заряда, магнитного поля, инерции-массы-гравитации и т.д., и т.д.
- Надо дать определение среде нахождения атома — материи физического вакуума!
- Надо дать определение сути того огромного объёма пространства, которое располагается между ядром атома и его электронным облаком — огромного облака виртуальных частиц вокруг ядра атома и вокруг каждого электрона.
- Надо дать определение тем отдельностям (квантам) электростатического, магнитного и электромагнитного поля, других физических полей, которые испускаются и поглощаются ядрами атомов и электронами и которые являются структурой и функцией материи вакуума и материи ядра атома и электронов электронного облака атома.Не полно любое наше сколь угодно подробное описание сути атома.
- А надо ещё дать описание между атомным взаимодействиям в вещественных структурно-функциональных физических полях: атомарных и молекулярных газах, жидкостях, твёрдом теле и всевозможных комбинациях этих агрегатных фаз вещества.
- Надо дать описание структурно-функционального описания атомов в составе молекул и молекулярных комплексов живой клетки, целостного живого организма, интеллектуального живого организма, сообщества живых существ и т.д.
Приведенные выше описания простенького объекта материи — атома, показывает, насколько это непросто дать полное, исчерпывающее описание этого простенького объекта материи!Но есть одна истина, которая охватывает всё сущее — это реальность-вселенная, которая беспредельно вечная, беспредельно бесконечная, космологически равно пропорционально прирастающая объёмом пространства вакуума, энергией физических полей и инерцией-массой вещества, с периодом удвоения количества объёма-энергии-массы материи за, порядка 3,18326 миллиардов лет.
Значит, познавая истину реальности вселенной, мы познаём и описываем все объекты этой реальности в их взаимных структурных и функциональных отношениях. Получается, что всеобъемлющее эволюционирующее естественнонаучное всезнание, описывающее реальность-вселенную во всей её целостности и всех её частностях есть единая истина обо всём. Истина, которая растёт и сокращается, освобождаясь от неполноты, ошибок и лженаучных измышлений, преобразуется, эволюционирует в беспредельном приближении к никогда не достижимой полной истине растущей и эволюционирующей реальности-вселенной.
Истина в познании реальности и преподавании знаний о реальности всегда субъективна. Исследователь и изобретатель познаёт мир и совершает поступки через структуры своего организма в гуморально-гормональном комплексе внутренней среды организма, формирующей эмоции, чувства, мотивации. Эти эмоционально-чувственные, амбициозные экстравертные устремления на успех и (или) приспособительные и реваншистские интровертные устремления ответной обиды на неуспех вносят «помехи» в никогда не достижимый «идеальный» алгоритм познания и описания реальности в точности такой какой является реальность.
Есть ещё фактор социальных отношений. Как следствие действительной или воображаемой зависимости исследователя, изобретателя, учащегося, преподавателя и т.д. от начальника, родственника, земляка, соплеменника, коллеги, авторитета и т.д.
Ближе всех к истине, конечно, люди, чья личность развилась в оптимум здравомыслия — таланты и гении.
Остальные 4 уровня развития личности:
1. Несформированность личности в невежестве примитивизма;
2. Незрелость личности наивностью романтизма и противоречащим реальности оптимуму бытия мракобесием;
(3. Зрелость личности здравомыслием и целосообразностью оптимума бытия)
4. Перезрелость личности догматизмом, мировоззренческим стереотипностью и бюрократизмом в иерерхии пирамиды социальной дискриминации;
5. Деградация и распад личности во всё обесценивающий нигилизм, депрессию и аутизм,наркоманию, не секуальные и ЛГБТ сексуальные извращения, галлюцинации и бред сумасшествия.
Отсюда следует, что истина относительна от интеллектуального субъекта, который познаёт, хранит, передаёт другим субъектам и применяет истину. А также истина относительная и от социальной среды бытия интеллектуальных субъектов.